สเตรนเกจเป็นอุปกรณ์ที่แปลงการเสียรูปยางยืดที่วัดได้ของตัวแข็งเป็นสัญญาณไฟฟ้า สิ่งนี้เกิดขึ้นเนื่องจากการเปลี่ยนแปลงความต้านทานของตัวนำเซ็นเซอร์เมื่อมิติทางเรขาคณิตเปลี่ยนจากความตึงหรือการบีบอัด
สเตรนเกจ: หลักการทำงาน
ส่วนประกอบหลักของอุปกรณ์คือสเตรนเกจที่ติดตั้งบนโครงสร้างยืดหยุ่น สเตรนเกจถูกปรับเทียบโดยการโหลดแบบเป็นขั้นตอนด้วยแรงที่เพิ่มขึ้นที่กำหนดและการวัดขนาดของความต้านทานไฟฟ้า จากนั้นเมื่อเปลี่ยน จะสามารถกำหนดค่าของโหลดที่ไม่รู้จักที่ใช้และค่าความเครียดตามสัดส่วนได้
ขึ้นอยู่กับประเภทของเซ็นเซอร์ คุณสามารถวัดได้:
- แรง;
- กดดัน;
- ย้าย;
- แรงบิด;
- การเร่ง
ถึงแม้จะมีรูปแบบการโหลดที่ซับซ้อนที่สุดของโครงสร้าง การดำเนินการบนสเตรนเกจถูกย่อให้ยืดหรือบีบอัดตาข่ายตามส่วนยาวที่เรียกว่าฐาน
สเตรนเกจที่ใช้
สเตรนเกจประเภททั่วไปที่มีการเปลี่ยนแปลงความต้านทานแบบแอคทีฟภายใต้การกระทำทางกล - สเตรนเกจ
ลวดสเตรนเกจ
ตัวอย่างที่ง่ายที่สุดคือเส้นลวดเส้นเล็กเส้นตรงซึ่งติดอยู่กับส่วนที่ศึกษา ความต้านทานของมันคือ: r=pL/s โดยที่ p คือความต้านทาน L คือความยาว s คือพื้นที่หน้าตัด
ลวดที่ติดกาวจะบิดงอได้อย่างยืดหยุ่น ในเวลาเดียวกัน มิติทางเรขาคณิตของมันก็เปลี่ยนไป เมื่อถูกบีบอัด ภาพตัดขวางของตัวนำจะเพิ่มขึ้น และเมื่อยืดออก จะลดลง ดังนั้นการเปลี่ยนแปลงของความต้านทานจึงเปลี่ยนไปตามทิศทางของการเสียรูป ลักษณะเป็นเส้นตรง
ความไวต่ำของสเตรนเกจทำให้ต้องเพิ่มความยาวของลวดในพื้นที่การวัดขนาดเล็ก เมื่อต้องการทำเช่นนี้จะทำในรูปแบบของเกลียว (ตาข่าย) ของลวดติดกาวทั้งสองด้านด้วยแผ่นฉนวนจากฟิล์มเคลือบเงาหรือกระดาษ ในการเชื่อมต่อกับวงจรไฟฟ้า อุปกรณ์นี้มีสายตะกั่วทองแดงสองเส้น พวกเขาจะเชื่อมหรือบัดกรีที่ปลายลวดขดและแข็งแรงพอที่จะเชื่อมต่อกับวงจรไฟฟ้า สเตรนเกจติดอยู่กับยางยืดหรือส่วนที่ทดสอบด้วยกาว
ลวดโหลดเซลล์มีข้อดีดังต่อไปนี้:
- ออกแบบเรียบง่าย
- พึ่งพาความเครียดเชิงเส้น
- ขนาดเล็ก;
- ราคาถูก
ข้อเสีย ได้แก่ ความไวต่ำ อิทธิพลของอุณหภูมิแวดล้อม ความจำเป็นในการป้องกันความชื้น ใช้เฉพาะในบริเวณที่มีการเสียรูปยางยืด
ลวดจะเสียรูปเมื่อแรงยึดเกาะของกาวที่แรงเกินกว่าแรงที่ต้องใช้ในการยืดตัวอย่างมาก อัตราส่วนของพื้นผิวพันธะต่อพื้นที่หน้าตัดควรเป็น 160 ถึง 200 ซึ่งสอดคล้องกับเส้นผ่านศูนย์กลาง 0.02-0.025 มม. สามารถเพิ่มได้ถึง 0.05 มม. จากนั้นในระหว่างการทำงานปกติของสเตรนเกจ ชั้นกาวจะไม่ถูกทำลาย นอกจากนี้ เซ็นเซอร์ยังทำงานได้ดีในการบีบอัด เนื่องจากเส้นลวดเป็นส่วนหนึ่งของฟิล์มกาวและชิ้นส่วน
โหลดเซลล์ฟอยล์
พารามิเตอร์และหลักการทำงานของโหลดเซลล์ฟอยล์จะเหมือนกับพารามิเตอร์ของลวด วัสดุเดียวคือฟอยล์นิโครม คอนสแตนทาน หรือไททาเนียม-อะลูมิเนียม เทคโนโลยีการผลิตโฟโตลิโทกราฟีช่วยให้ได้โครงตาข่ายที่ซับซ้อนและทำให้กระบวนการเป็นอัตโนมัติ
เมื่อเปรียบเทียบกับสเตรนเกจแบบลวดแล้ว สเตรนเกจแบบฟอยล์จะไวกว่า รับกระแสไฟมากกว่า ส่งความเครียดได้ดีกว่า มีลีดที่แข็งแรงกว่า และมีรูปแบบที่ซับซ้อนกว่า
โหลดเซลล์เซมิคอนดักเตอร์
ความไวของเซนเซอร์สูงกว่าเซนเซอร์แบบมีสายประมาณ 100 เท่า ซึ่งช่วยให้ใช้งานได้บ่อยครั้งโดยไม่ต้องใช้เครื่องขยายเสียง ข้อเสียคือความเปราะบางขึ้นอยู่กับอุณหภูมิแวดล้อมและความสำคัญสูงการแพร่กระจายพารามิเตอร์
ข้อกำหนดเกจ
- ฐาน - ความยาวของตัวนำกริด (0.2-150 มม.)
- ต้านทานที่กำหนด R - ค่าความต้านทานเชิงรุก (10-1000 โอห์ม).
- กระแสไฟทำงาน Ip - กระแสไฟที่สเตรนเกจไม่ร้อนขึ้นอย่างเห็นได้ชัด เมื่อให้ความร้อนสูงเกินไป คุณสมบัติของวัสดุขององค์ประกอบการตรวจจับ ฐานและชั้นกาวจะเปลี่ยนไป ทำให้การอ่านค่าผิดเพี้ยน
- ปัจจัยความเครียด: s=(∆R/R)/(∆L/L) โดยที่ R และ L คือความต้านทานไฟฟ้าและความยาวของเซ็นเซอร์ที่ไม่ได้บรรจุตามลำดับ ∆R และ ∆L - การเปลี่ยนแปลงความต้านทานและการเสียรูปจากแรงภายนอก สำหรับวัสดุที่แตกต่างกัน อาจเป็นค่าบวก (R เพิ่มขึ้นตามแรงตึง) และค่าลบ (R เพิ่มขึ้นเมื่อมีแรงกด) ค่าของ s สำหรับโลหะต่างๆ จะแตกต่างกันไปตั้งแต่ -12.6 ถึง +6
แบบแผนสำหรับการเปิดสเตรนเกจ
ในการวัดสัญญาณไฟฟ้าขนาดเล็ก ทางเลือกที่ดีที่สุดคือการเชื่อมต่อแบบบริดจ์ ซึ่งตรงกลางคือโวลต์มิเตอร์ ตัวอย่างที่ง่ายที่สุดคือสเตรนเกจ ซึ่งเป็นวงจรที่ประกอบขึ้นตามหลักการของสะพานไฟฟ้า ในแขนข้างหนึ่งที่เชื่อมต่อ ความต้านทานที่ไม่ได้บรรจุจะเหมือนกับตัวต้านทานที่เหลือ ในกรณีนี้ อุปกรณ์จะแสดงแรงดันไฟฟ้าเป็นศูนย์
หลักการทำงานของสเตรนเกจคือการเพิ่มหรือลดค่าความต้านทาน ขึ้นอยู่กับว่ากำลังอัดหรือแรงดึง
อุณหภูมิของสเตรนเกจมีผลอย่างมากต่อความแม่นยำของการอ่านค่า หากแขนอีกข้างหนึ่งของสะพานมีความต้านทานความเครียดที่คล้ายกันซึ่งจะไม่โหลด มันจะทำหน้าที่ชดเชยผลกระทบจากความร้อน
วงจรการวัดต้องคำนึงถึงค่าความต้านทานไฟฟ้าของสายไฟที่เชื่อมต่อกับตัวต้านทานด้วย อิทธิพลของพวกมันลดลงโดยการเพิ่มลวดอีกเส้นหนึ่งที่เชื่อมต่อกับหมุดของสเตรนเกจและโวลต์มิเตอร์
หากเซ็นเซอร์ทั้งสองติดกาวบนองค์ประกอบยืดหยุ่นในลักษณะที่โหลดต่างกันในเครื่องหมาย สัญญาณจะถูกขยาย 2 เท่า หากมีเซ็นเซอร์สี่ตัวในวงจรซึ่งมีโหลดที่ระบุโดยลูกศรในแผนภาพด้านบน ความไวจะเพิ่มขึ้นอย่างมาก ด้วยการเชื่อมต่อเกจลวดหรือฟอยล์ ไมโครมิเตอร์แบบธรรมดาจะให้ค่าที่อ่านได้โดยไม่ต้องใช้เครื่องขยายสัญญาณไฟฟ้า สิ่งสำคัญคือต้องเลือกค่าความต้านทานอย่างแม่นยำโดยใช้มัลติมิเตอร์เพื่อให้มีค่าเท่ากันในแต่ละแขนของสะพานไฟฟ้า
การประยุกต์ใช้เกจวัดความเครียดในงานวิศวกรรม
- ส่วนหนึ่งของการออกแบบเครื่องชั่ง: เมื่อทำการชั่งน้ำหนัก ตัวเซ็นเซอร์จะบิดเบี้ยวอย่างยืดหยุ่น และเมื่อทำการชั่งน้ำหนัก ตัวเซ็นเซอร์์จะติดกาวไว้กับสเตรนเกจซึ่งเชื่อมต่อเป็นวงจร สัญญาณไฟฟ้าถูกส่งไปยังมิเตอร์
- การตรวจสอบสภาพความเค้น-ความเครียดของโครงสร้างอาคารและโครงสร้างทางวิศวกรรมในกระบวนการก่อสร้างและการดำเนินงาน
- สเตรนเกจสำหรับวัดแรงการเปลี่ยนรูประหว่างการตัดเฉือนแรงดันโลหะที่โรงรีดและปั๊มปั๊ม
- เซ็นเซอร์อุณหภูมิสูงสำหรับเหล็กและอุตสาหกรรมอื่นๆ
- วัดเซ็นเซอร์ด้วยองค์ประกอบยืดหยุ่นสแตนเลสสำหรับการทำงานในสภาพแวดล้อมที่ก้าวร้าวทางเคมี
สเตรนเกจมาตรฐานทำในรูปแบบของแหวน เสา คานธรรมดาหรือสองด้าน รูปตัว S สำหรับโครงสร้างทั้งหมด ต้องใช้แรงในทิศทางเดียว: จากบนลงล่างหรือในทางกลับกัน ภายใต้สภาวะการทำงานที่รุนแรง การออกแบบพิเศษทำให้สามารถขจัดการกระทำของปรสิตได้ ราคาของพวกเขาส่วนใหญ่ขึ้นอยู่กับสิ่งนี้
สำหรับสเตรนเกจ ราคามีตั้งแต่หลายร้อยรูเบิลไปจนถึงหลายแสน ขึ้นอยู่กับผู้ผลิต การออกแบบ วัสดุ เทคโนโลยีการผลิต ค่าของพารามิเตอร์ที่วัดได้ อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์เพิ่มเติม ส่วนใหญ่เป็นส่วนประกอบของเครื่องชั่งประเภทต่างๆ
สรุป
หลักการทำงานของสเตรนเกจทั้งหมดขึ้นอยู่กับการเปลี่ยนรูปขององค์ประกอบยืดหยุ่นเป็นสัญญาณไฟฟ้า สำหรับวัตถุประสงค์ที่แตกต่างกัน มีการออกแบบเซ็นเซอร์ที่แตกต่างกัน เมื่อเลือกสเตรนเกจ สิ่งสำคัญคือต้องพิจารณาว่าวงจรมีการชดเชยสำหรับการอ่านค่าอุณหภูมิที่บิดเบี้ยวและอิทธิพลของกลไกกาฝากหรือไม่
