Osnove meritev napetosti

Merilnik napetosti je eno najkoristnejših orodij za natančno merjenje raztezanja ali krčenja materiala ob uporabi sil. Merilniki napetosti so uporabni tudi za posredno merjenje uporabljenih sil, če so približno linearno poravnane z deformacijo materiala.

Kaj so merilniki napetosti

Merilniki napetosti so senzorji, katerih električni upor se spreminja sorazmerno s količino napetosti (deformacija materiala).

Idealen merilnik napetosti bi spremenil svojo odpornost sorazmerno z vzdolžno napetostjo na površini, na katero je pritrjen senzor.

Vendar pa obstajajo tudi drugi dejavniki, ki lahko vplivajo na odpornost, kot so temperatura, lastnosti materiala in lepilo, ki veže profil na material.

Merilnik napetosti je sestavljen iz vzporedne mreže iz zelo fine kovinske žice ali folije, ki je na napeto površino vezana s tanko izolirano plastjo epoksida. Ko se vezani material napenja, se sev prenaša skozi lepilo. Oblika mreže je zasnovana po vzorcu, ki zagotavlja največjo spremembo upora na enoto površine.

Kako izbrati merilnik napetosti

Pri izbiri merilnika napetosti za aplikacijo so trije glavni dejavniki delovna temperatura, narava deformacije, ki jo je treba zaznati, in zahteve glede stabilnosti.

Ker je merilnik napetosti nameščen na napeti površini, je pomembno, da je profil napetosti enak površini. Lepilni material je treba izbrati previdno, da sev v senzorju zanesljivo prenaša v širokem temperaturnem območju in drugih pogojih.

Vrednost odpornosti merilnika napetosti se spreminja v odvisnosti od uporabljene napetosti glede na: sprememba R / R = S, kjer je R upor, e je deformacija in S je faktor občutljivosti na sev. Za merilnike kovinske folije je faktor občutljivosti na sev približno 2.

Prirastki deformacije so običajno manjši od 0,005 palca / palec in so pogosto izraženi v enotah mikrosevov. Iz formule je razvidno, da se bo odpornost merilnika napetosti v danih sevih v zelo majhnih količinah spremenila v vrstici 0,1%.

S tega upora se nato lahko odvzame napetost, izražena v milivoltih na volt (mV / V), da se zagotovi merilna vrednost napetosti.

Poissonovo razmerje je merilo redčenja in raztezka, ki nastane v materialu, ko je napeto. Če na primer na uporovno žico uporabimo natezno silo, bi se žica nekoliko podaljšala in hkrati postala tanjša. To razmerje teh dveh sevov je Poissonovo razmerje.

To je osnovno načelo meritev napetosti, saj bi se upor žice sorazmerno povečal zaradi Poissonovega učinka.

Kako natančno izmeriti izhod merilnika napetosti

Da bi natančno izmerili majhno spremembo upora, so v konfiguraciji mostu z napetostnim vzbujevalnim virom skoraj vedno na voljo merilniki napetosti.

Wheatstoneov most se pogosto uporablja, kot je prikazano na diagramu. Most je uravnotežen, kadar so razmerja uporov na obeh straneh enaka ali R1 / R2 = R4 / R3. Očitno je, da je v tem primeru izhodna napetost enaka nič.

Ko se upor merilnika napetosti (Rg) spremeni, se izhodna napetost (Vout) spremeni za nekaj miliVoltov in ta napetost se nato ojača z diferencialnim ojačevalnikom, da se vrne berljiva vrednost.

Ta Wheatstoneov krog je zelo primeren tudi za temperaturno kompenzacijo - skoraj lahko odpravi učinke temperature. Včasih je material merilnika zasnovan tako, da kompenzira toplotno raztezanje, vendar to v celoti ne odstrani toplotne občutljivosti.

Da bi dosegli boljšo toplotno kompenzacijo, bi upor, kot je R3, lahko zamenjali s podobnim merilnikom napetosti. To bi ponavadi izničilo temperaturne učinke.

Pravzaprav bi lahko vse štiri upore zamenjali senzorji napetosti za največjo temperaturno stabilnost. Dva izmed njih (R1 in R3) je mogoče nastaviti za merjenje kompresije, druga dva (R2 in R4) pa za merjenje napetosti.

To ne samo, da bo kompenziralo temperaturo, ampak tudi poveča občutljivost za faktor štiri. Merilniki napetosti z električnimi uporovnimi elementi so daleč najpogostejši tip senzorja za merjenje napetosti, saj imajo tudi prednosti nižjih stroškov. kot dobro uveljavljeno.

Na voljo so v majhnih velikostih, na njih temperaturne spremembe vplivajo le zmerno, hkrati pa dosežejo napako manj kot +/- 0,10%. Zelo občutljivi so tudi vezani tlak-merilniki, ki se lahko uporabljajo za merjenje statičnih in dinamičnih napetosti.

Vendar pa obstajajo tudi druge vrste, ki so na voljo za nekatere aplikacije, kot so piezoodporne, ogljikoodporne, polprevodne, akustične, optične in induktivne.

Obstajajo celo senzorji napetosti, ki temeljijo na kondenzatorskem vezju.