Merilnik napetosti sta izumila Edward E. Simmons in Arthur C. Ruge leta 1938. Ta izum je privedel do merjenja znatne količine obremenitve na različnih strukturah. Merilnik napetosti je a vrsta senzorja uporablja se v najrazličnejših aplikacijah za merjenje napetosti predmeta. Je bistveno geotehnično orodje, ki določa deformacije v različnih strukturah, kot so predori, podzemne votline, zgradbe, mostovi, betoni, zidani jez, vgrajevanje v tla / beton itd. Tu je vse, kar lahko bralec ve o merilniku napetosti, vključno z načelo dela, značilnosti in aplikacije.
Kaj je merilnik napetosti?
Opredelitev: Merilnik napetosti je ena od nujnih naprav, ki se uporabljajo na področju geotehničnega inženirstva za merjenje obremenitev na različnih strukturah. Z uporabo zunanje sile bi prišlo do spremembe upornosti merilnika napetosti.
merilnik napetosti
Osnovna konstrukcija profila ima izolacijsko prožno podlago, ki podpira kovinsko folijsko strukturo. Ta kovinska tuljava je prilepljena na tanko podlago, imenovano nosilec, in celotna postavitev je pritrjena na predmet s primernim lepilom. Ker je predmet deformiran zaradi sile, pritiska, teže, napetosti itd električni upor sprememb folije. A Most Wheatstone meri spremembo upornosti, ki je povezana z deformacijo skozi količino, znano kot merilni faktor.
diagram vzorca napetosti
Majhne spremembe upornosti merilnika se merijo s konceptom Wheatstonovega mostu. Spodnja slika prikazuje splošni Wheatstonov most, ki ima štiri uporovne roke in vzbujalno napetost, VBIVŠE.
Wheatstone-bridge
Most Wheatstone ima dve vzporednici delilnik napetosti vezja. R1 in R2 tvorita vezje z enim napetostnim delilnikom, R3 in R4 pa drugo vezje z delilnikom napetosti. Izhodna napetost VO je podana z:
Vo = [R3 / (R3 + R4) -R2 / (R1 + 2)] * VBIVŠE
Če je R1 / R2 = R4 / R3, potem je izhodna napetost nič in most naj bi bil uravnotežen most.
Majhna sprememba upora vodi do ničelne izhodne napetosti. Če se „R4“ nadomesti z merilnikom napetosti in kakršne koli spremembe upornosti merilnika napetosti ne uravnotežijo mostu in ustvarijo ničelno napetost.
Merilni faktor deformacijskega merilnika
Merilni faktor GF je podan kot
GF = (∆R⁄RG) / ∈
Kje,
„ΔR“ je sprememba upora zaradi deformacije
„RG“ je upor nedeformiranega profila
„Ε“ je sev
Merilni faktor običajnih kovinskih folij je približno 2. Izhodna napetost senzorja SV Wheatstonovega mostu je podana z,
SV = EV (GF.∈) / 4
Kjer je EV napetost vzbujanja mosta
Delo merilnika napetosti
Delovanje merilnika napetosti je v celoti odvisno od električne upornosti predmeta / vodnika. Ko se predmet raztegne v mejah elastičnosti in se ne zlomi ali ne upogne trajno, postane tanjši in daljši, kar povzroči visoko električno upornost. Če je predmet stisnjen in se ne deformira, vendar se razširi in skrajša, se zmanjša električni upor. Vrednosti, pridobljene po merjenju električne upornosti merilnika, pomagajo razumeti količino stresa.
Vzbujalna napetost deluje na vhodnih sponkah merilnega omrežja, medtem ko se izhod odčitava na izhodnih sponkah. Običajno so ti povezani z obremenitvijo in bodo verjetno ostali stabilni dlje časa, včasih tudi desetletja. Lepilo, ki se uporablja za merilnike, je odvisno od trajanja merilnega sistema - cianoakrilatno lepilo je primerno za kratkoročne meritve, epoksi lepilo pa za dolgoročne meritve.
Načelo delovanja merilnika napetosti
Kot vemo, je upor neposredno odvisen od dolžine in prečnega prereza vodnika, ki je podan z R = L / A
Kje,
‘R’ = upor
‘L’ = dolžina
„A“ = površina preseka
Jasno je, da se dolžina vodnika spremeni s spremembo velikosti in oblike vodnika, sčasoma pa spremeni površino preseka in upor.
Vsak običajni profil ima prevodni trak, ki je dolg in tanek, postavljen cik-cak vzporedno. Namen te cik-cak poravnave je natančno opisati majhno napetost, ki se pojavi med vzporednima črtama. Stres je opredeljen kot odporna sila predmeta.
Rosette za merilnike napetosti
Dva ali več merilnikov, nameščenih tesno v rozeto podobni strukturi za merjenje števila komponent za oceno natančne deformacije na površini, sta znana kot rosette za merjenje napetosti. Ilustracija je prikazana na spodnji sliki.
merilne rozete
Merilne celice za merjenje napetosti
Te merilne celice najpogosteje najdemo v industrijski uporabi. Je zelo natančen in varčen. V bistvu je merilna celica sestavljena iz kovinskega telesa, na katerega so pritrjeni merilniki napetosti. Da je kovinsko telo trpežno in manj elastično, so za oblikovanje uporabljeni legirano jeklo, aluminij ali nerjaveče jeklo.
Ko na obremenitveno celico deluje zunanja sila, je obremenitvena celica nekoliko deformirana in če ni preobremenjena, se vrne v prvotno obliko.
Če se merilna celica deformira, se profil spremeni v obliki, kar povzroči spremembo električnega upora merilnika, ki nato meri napetost.
Obstajajo običajne vrste merilnih celic za merjenje napetosti, ki vključujejo upogibni nosilec, palačinko, enotočkovno obremenitveno celico s trakom, dvostranski strižni nosilec, objemke iz žične vrvi itd.
Značilnosti merilnikov napetosti
Pomembne značilnosti merilnikov napetosti so:
- Ti so primerni za daljša obdobja z določenimi previdnostnimi ukrepi
- Zagotavljajo natančne vrednosti s spremembo temperature in drugimi dejavniki
- Zaradi preprostih komponent jih je enostavno izdelati
- So enostavni za vzdrževanje in imajo dolgo življenjsko dobo
- To je popolnoma zaprto za zaščito pred poškodbami, kot sta ravnanje in namestitev
Uporaba merilnika napetosti
Izjemne lastnosti omogočajo uporabo teh merilnikov na področju geotehničnega inženirstva za nenehno spremljanje objektov, kot so jez, predori itd., In za preprečevanje nesreč že vnaprej. Nekatere aplikacije merilnikov napetosti vključujejo -
- Spremljanje železnic
- Kabelski mostovi
- Vesoljska
- Jedrske elektrarne
Pogosta vprašanja
1). Kakšna je občutljivost merilnika napetosti?
Stres pretoka se razlikuje glede na hitrost deformacije. Stopnja napetosti je odvisna tudi od velikosti zrn predmeta ali delovnega materiala. Opredeljen je kot razmerje med spremembo napetosti pretoka in spremembo deformacije.
2). Kaj je enota seva?
Sev je brezdimenzijska količina. Vendar je stopnja napetosti recipročna času, enota SI pa recipročna sekund (s-1).
3). Kako izberem merilnik napetosti?
To je izbrano glede na vrsto aplikacij in druge povezane elemente. Kot naprimer -
- Na podlagi dolžine profila in upora
- Na podlagi stroškov za prihranek dela
- Na podlagi materiala in merilnega okolja
4). Zakaj se Wheatstoneov most uporablja za merilnik napetosti?
Wheatstoneov most je zmožen meriti izhodne napetosti v milivoltih. Pri vezanem merilniku napetosti lahko izmerimo spremembo upora, ko je priključen na električni tokokrog (Wheatstoneov most), ki meri minutno spremembo upora. Ko izhodna napetost na mostu Wheatstone postane nična, vezje izgubi ravnotežje in pomaga določiti obremenitev predmeta.
5). Kako namestim merilnike napetosti?
Tu so koraki za namestitev merilnika napetosti
Tako je obsežen opis napetostnega merilnika , načelo dela, merilni faktor, značilnosti in aplikacije so podani v tem članku. Poleg tega je digitalna korelacija slike (DIC) danes tehnika, ki se uporablja za merjenje napetosti. Uporablja se v številnih panogah zaradi natančnosti in kot zamenjava običajnih tipov senzorjev, kot so merilniki pospeška, lonci za vrvice, LVDT in mnogi drugi. Tukaj je vprašanje za vas, kakšna je glavna funkcija merilnika napetosti?
