TENZOMETRICKÉ SNÍMAČE SÍLY

 

Co je to tenzometr

Tenzometrický snímač síly resp. tenzometr je snímač, jehož odpor se mění dle působící síly. Převádí sílu, tlak, pnutí, hmotnost apod. na změnu elektrického odporu, který pak může být změřen.

 Základní informace
Když působí vnější síly na statické těleso, výsledkem jsou pnutí a deformační síla.

• Pnutí je definováno jako výslednice vnitřních působících sil a tlak.
• Deformační síla je definována při posunu a deformaci jenž nastaly.

Tenzometr je jeden z nejdůležitějších prvků techniky elektrického měření, používaného k měření mechanických veličin. Jak již jejich název naznačuje, jsou používány k měření pnutí. Protože technický termín pnutí (povrchové napětí) obsahuje jak tah, tak i přítlak (stlačení), rozlišují se pozitivním a negativním znaménkem. Tak jsou tenzometry používány jak pro snímání expanze (rozepnutí), tak i kontrakce (smrštění).

Deformační síly tělesa jsou vždy způsobeny nějakým vnějším vlivem nebo vnitřním působením.

Deformační napětí by mohlo být způsobeno silami, tlaky, momenty, teplem, strukturálními změnami v materiálu a podobnými vlivy. Jestliže jsou určité podmínky splněny, může být odvozen z hodnoty měřeného deformačního napětí celkový souhrn nebo hodnota působících sil. Tyto postupy jsou v experimentální silové analýze často používány.

Experimentální silová analýza využívá měřené deformační síly na povrchu zkušebního vzorku nebo na části konstrukce, ke stanovení deformační síly v materiálu, a také předurčit bezpečnost a dobu trvání. Zvláštní převodníky lze vyvinout pro měření sil nebo dalších odvozených veličin, např. momentů, tlaků, zrychlení a posunutí, vibrací a jiných. Převodník obvykle zahrnuje membránu citlivou na tlak, na kterou jsou tenzometry nalepeny.

 Nalepovací fóliové tenzometry
 První nalepovací drátový tenzometr byl vyvinut v roce 1938. Tento typ tenzometru sestává z mřížkově uložených vláknových vodičů o průměru 0,025 mm přilepených přímo na zatěžovaný povrch pomocí tenké podložky a epoxydového lepidla.

Když působí síla na povrch, je výsledkem změna délky povrchu a tím i nalepeného drátového odporu. Odpovídající elektrický odpor tohoto foliového odporu se lineárně mění s deformační silou. Folie a vrstva adhesivního lepidla musí mít stejnou roztažnost a pracovat společně při přenosu napětí - pnutí a lepidlo musí také plnit funkci elektrické izolace mezi drátky tenzometru a povrchem.

Když se vybírá tenzometr, musí se kromě citlivosti tenzometru na pnutí brát v úvahu i jeho stabilita a teplotní citlivost. Bohužel většina vhodných materiálů pro tenzometrické snímače jsou také citlivé na teplotní změny a mají sklon měnit odpor s časem. Pro účely krátkých testů a zkoušek to nemusí mít význam, ale pro kontinuální průmyslové měření se musí zahrnout kompenzace na teplotu a kompenzace driftu.

 Měřící obvody
           Aby se měřilo napětí - pnutí (deformační síla) s nalepenými tenzometry, musí být připojeny k elektronickému obvodu, jenž je schopen odpovídající změny odporu každou minutu měřit. Převodníky pro tenzometry mají obvykle vstupy pro čtyři tenzometry elektricky spojeny do Wheatstoneova můstku (obr.1).

 

 

• Je to dělený můstek, používaný pro měření statického i dynamického elektrického odporu.
• Výstupní napětí Wheatstoneova můstku se vyjadřuje v mV na Volt (mV/V) napájecího napětí.
• Wheatstoneův můstek je také velmi vhodný pro teplotní kompenzaci.

 Počet aktivních tenzometrů, které by měly být připojeny do můstku, závisí na aplikaci. Např. může být užitečné připojit tenzometry, které jsou na opačných stranách nosníku, jeden je na kompresní straně (přítlak) a druhý na straně tahu. V tomto uspořádání lze výstupní mV signál efektivně zdvojnásobit při stejném pnutí.

Při instalacích, kde jsou do všech větví můstku zapojeny tenzometry, je teplotní kompenzace automatická, protože změny odporu tenzometrů s teplotou jsou ve všech větvích můstku stejné a vyruší se.