Khái niệm cơ bản về phép đo Strain Gauge

Máy đo biến dạng là một trong những công cụ hữu ích nhất để đo chính xác sự giãn nở hoặc co lại của vật liệu khi lực tác dụng. Đồng hồ đo lực căng cũng hữu ích để đo các lực tác dụng một cách gián tiếp nếu chúng được căn chỉnh gần tuyến tính với độ biến dạng của vật liệu.

Đồng hồ đo độ căng là gì

Đồng hồ đo độ căng là bộ cảm biến có điện trở thay đổi tỷ lệ với lượng biến dạng (biến dạng của vật liệu).

Một máy đo biến dạng lý tưởng sẽ thay đổi điện trở của nó tương ứng với biến dạng dọc trên bề mặt mà cảm biến được gắn vào.

Tuy nhiên, có những yếu tố khác có thể ảnh hưởng đến điện trở, chẳng hạn như nhiệt độ, tính chất vật liệu và chất kết dính liên kết máy đo với vật liệu.

Máy đo biến dạng bao gồm một lưới song song gồm dây kim loại rất mịn hoặc lá được liên kết với bề mặt căng bằng một lớp epoxy cách nhiệt mỏng. Khi vật liệu ngoại quan bị căng, biến dạng sẽ truyền qua chất kết dính. Hình dạng lưới được thiết kế theo mô hình cung cấp sự thay đổi điện trở tối đa trên một đơn vị diện tích.

Cách chọn Strain Gauge

Khi chọn một máy đo biến dạng cho một ứng dụng, ba yếu tố chính cần cân nhắc là nhiệt độ hoạt động, bản chất của biến dạng được phát hiện và các yêu cầu về độ ổn định.

Khi một máy đo biến dạng được gắn vào một bề mặt căng thẳng, điều quan trọng là máy đo phải được căng ngang bằng với bề mặt. Vật liệu kết dính nên được lựa chọn cẩn thận để truyền biến dạng đến cảm biến một cách đáng tin cậy trong một phạm vi nhiệt độ rộng và các điều kiện khác.

Giá trị điện trở của máy đo biến dạng thay đổi như một hàm của biến dạng được áp dụng theo: thay đổi trong R / R = S trong đó R là điện trở, e là biến dạng và S là hệ số nhạy biến dạng. Đối với đồng hồ đo lá kim loại, hệ số nhạy biến dạng là khoảng 2.

Sự gia tăng của biến dạng thường nhỏ hơn 0,005 inch / inch và thường được biểu thị bằng đơn vị biến dạng vi mô. Từ công thức, người ta thấy rằng điện trở của máy đo biến dạng sẽ thay đổi một lượng rất nhỏ với biến dạng đã cho, theo thứ tự 0,1%.

Sau đó, một số đọc điện áp có thể được lấy ra khỏi điện trở này theo mili-vôn trên vôn (mV / V) để cung cấp giá trị đo cho biến dạng.

Tỷ lệ Poisson là thước đo độ mỏng và độ giãn dài xảy ra trong vật liệu khi nó bị kéo căng. Ví dụ, nếu một lực kéo được đặt vào một dây điện trở, dây sẽ trở nên dài hơn một chút và đồng thời trở nên mỏng hơn. Tỷ lệ này của hai chủng này là Poisson Ratio.

Đây là nguyên tắc cơ bản đằng sau các phép đo biến dạng, vì điện trở của dây sẽ tăng tương ứng do hiệu ứng Poisson.

Cách đo chính xác đầu ra của máy đo độ căng

Để đo chính xác một thay đổi nhỏ của điện trở, hầu như luôn luôn tìm thấy đồng hồ đo biến dạng trong cấu hình cầu nối với nguồn kích thích điện áp.

Cầu Wheatstone thường được sử dụng như trong sơ đồ. Cầu cân bằng khi tỉ số điện trở hai bên bằng nhau, hoặc R1 / R2 = R4 / R3. Rõ ràng, điện áp đầu ra bằng 0 trong điều kiện này.

Khi điện trở của máy đo biến dạng (Rg) thay đổi, điện áp đầu ra (Vout) thay đổi một vài miliVolts và điện áp này sau đó được khuếch đại bởi bộ khuếch đại vi sai để trả về giá trị có thể đọc được.

Mạch Wheatstone này cũng rất thích hợp để bù nhiệt độ - nó gần như có thể loại bỏ ảnh hưởng của nhiệt độ. Đôi khi vật liệu đo được thiết kế để bù cho sự giãn nở nhiệt, nhưng điều này không loại bỏ hoàn toàn độ nhạy nhiệt.

Để đạt được bù nhiệt tốt hơn, một điện trở như R3 có thể được thay thế bằng một máy đo biến dạng tương tự. Điều này có xu hướng làm mất tác dụng nhiệt độ.

Trên thực tế, tất cả bốn điện trở có thể được thay thế bằng cảm biến đo biến dạng để ổn định nhiệt độ tối đa. Hai trong số chúng (R1 và R3) có thể được thiết lập để đo độ nén, trong khi hai cái còn lại (R2 và R4) được thiết lập để đo lực căng.

Điều này không chỉ giúp bù nhiệt độ mà còn làm tăng độ nhạy lên gấp 4 lần. cũng như được thiết lập tốt.

Chúng có sẵn với kích thước nhỏ và chỉ bị ảnh hưởng vừa phải bởi sự thay đổi nhiệt độ, đồng thời đạt được sai số dưới +/- 0,10%. Đồng hồ đo biến dạng điện trở ngoại quan cũng có độ nhạy cao, và có thể được sử dụng để đo cả biến dạng tĩnh và động.

Tuy nhiên, có những loại khác có sẵn cho các ứng dụng nhất định, chẳng hạn như điện trở áp, điện trở cacbon, bán dẫn, âm học, quang học và cảm ứng.

Thậm chí còn có các cảm biến đo biến dạng dựa trên mạch tụ điện ..