Pomiary siły i naprężenia mechanicznego.
Jednostką naprężenia w układzie jednostek SI jest Pascal (Pa) 1Pa = 1N/1m2 . Do pomiaru naprężenia wykorzystuje się zjawisko zmiany rozmiarów badanego przedmiotu pod wpływem naprężenia. Zmiana rozmiarów (np. wydłużenie), jest przetwarzana na sygnał elektryczny przy pomocy tensometru rezystancyjnego.Tensometr rezystancyjny jest to czujnik przeznaczony do pomiarów naprężenia mechanicznego. Tensometr jest wykonany z metalowego drutu. Zmiana rezystancji dR tensometru jest proporcjonalna do naprężenia mechanicznego.
gdzie:Maksymalna zmiana rezystancji wynika z wartości stałej tensometru k oraz wydłużenia względnego (e) w zakresie odkształceń sprężystych. Materiały wykorzystywane do budowy tensometrów powinny charakteryzować się małą wartością współczynnika temperaturowego rezystancji. Najczęściej stosuje się stopy takie jak: konstantan, nichrom, manganin, chromel. Istnieje kilkadziesiąt typów tensometrów rezystancyjnych, które różnią się min. wymiarami geometrycznymi, wartością rezystancji spoczynkowej (niskoomowe od 100 do 200 Ohm, wysokoomowe od 500 Ohm do 5 kOhm) oraz rodzajem folii izolacyjnej.
Przykładowe rodzaje tensometrów rezystancyjnych
Tensometr najczęściej pracuje w układzie mostka Wheatstone'a. W układzie tym, oprócz tensometru czynnego stosuje się tensometr kompensacyjny, którego zadaniem jest ograniczenie wpływu temperatury na pomiar. Tensometr kompensacyjny nie może być poddany mierzonym naprężeniom i powinien znajdować się w tej samej temperaturze co tensometr czynny.
Siłę F mierzy się pośrednio - poprzez pomiar skutków jej działania np. wykonując:
Przy pomiarach małych sił lub małych naprężeń stosuje się tensometry półprzewodnikowe, których czułość jest ok. stu razy większa niż tensometrów metalowych. Tensometry półprzewodnikowe są wrażliwe na zmiany temperatury i nie nadają się do pomiarów dokładnych.
Tensometry poprzeczne zmieniają swoją rezystancję tylko pod wpływem temperatury. Są to tzw. tensometry kompensacyjne, które uniezależniają wynik pomiaru od zmian temperatury. Wagi działają w zakresie od pojedynczych gramów do setek kilogramów.
Czujniki magnetosprężyste są to czujniki do pomiaru bardzo dużych sił do MN.
Pod wpływem działającej siły zmienia się przenikalność magnetyczna rdzenia, a przez to indukcyjność cewki.
L=mz2S/l
Presduktor jest to czujnik magnetosprężysty transformatorowy do pomiaru największych sił. Posiada dwa uzwojenia przesunięte względem siebie o 90o i przesunięte o 45o względem działającej siły, uzwojenia są umieszczone w rdzeniu ferromagnetycznym. Pod wpływem działającej siły w uzwojeniu wtórnym indukuje się napięcie proporcjonalne do działającej siły.
PIEZOELEMENTY
Piezoelementy są to kryształki, które drgają gdy dostarczymy do nich energię, a jeżeli poddamy je naciskowi to wytwarzają napięcie elektryczne, proporcjonalne do działającej siły.
F=dQ
Siła jest wprostproporcjonalna do ładunku zaindukowanego na powierzchni piezoelementu.1/d=1/0,23*10-11C/N