"דיוק - נימוס של מלכים!" בזמננו, הרלוונטיות של הפרשה הצרפתית מימי הביניים הזו רק הולכת וגוברת. כדי לבצע חישובי מדידה מדויקים בייצור ובחיי היומיום, נעשה יותר ויותר שימוש במכשירים המבוססים על מדי מתח.
תוֹכֶן
מהו מד מתח ולמה מיועדים מדי מתח?
טנסומטריה (מלטינית tensus - stressed) היא שיטה וטכניקה למדידת מצב מתח-מתח של עצם או מבנה שנמדדו. העובדה היא שאי אפשר למדוד ישירות את הלחץ המכני, ולכן המשימה היא למדוד את העיוות של האובייקט ולחשב את הלחץ באמצעות טכניקות מיוחדות הלוקחות בחשבון את התכונות הפיזיקליות של החומר.
עבודתם של מדי מתח מבוססת על אפקט המתח - זוהי התכונה של חומרים מוצקים לשנות את ההתנגדות שלהם עם עיוותים שונים. חיישני מד מתח הם מכשירים המודדים את העיוות האלסטי של גוף מוצק וממירים את ערכו לאות חשמלי. תהליך זה מתרחש כאשר ההתנגדות של מוליך החיישן משתנה כאשר הוא נמתח ודחוס. הם המרכיב העיקרי במכשירים למדידת דפורמציה של מוצקים (לדוגמה, חלקי מכונות, מבנים, מבנים).
מכשיר ועיקרון הפעולה
הבסיס של מד המתח הוא מד מתח המצויד במגעים מיוחדים הקבועים בחזית לוח המדידה. במהלך המדידה, המגעים הרגישים של הלוח נמצאים במגע עם האובייקט. העיוות שלהם מתרחש, אשר נמדד ומומר לאות חשמלי המועבר לרכיבי העיבוד והתצוגה של הערך הנמדד של מד המתח.
בהתאם להיקף השימוש הפונקציונלי, חיישנים נבדלים הן בסוגים והן בסוגי הכמויות הנמדדות. גורם חשוב הוא דיוק המדידה הנדרש. לדוגמה, תא עומס של תא עומס ביציאה מהמאפייה ממש לא מתאים למשקל פרמצבטי אלקטרוני, שבו כל מאיית גרם חשובה.
הבה נבחן ביתר פירוט את הסוגים והסוגים של מדי מתח מודרניים.
חיישני מומנט
חיישני מומנט נועדו למדוד מומנט בחלקים מסתובבים של מערכות כגון גל ארכובה של מנוע או עמוד הגה.מדי מתח יכולים לקבוע מומנט סטטי ודינאמי כאחד על ידי מגע או שיטה ללא מגע (טלמטרית).
תאי עומס של קורה, שלוחה וקצה
סוגים אלו של מתמרים מיוצרים בדרך כלל על בסיס עיצוב מקבילית עם אלמנט כיפוף מובנה לרגישות גבוהה וליניאריות של מדידות. מדי מתח בהם קבועים על האזורים הרגישים של האלמנט האלסטי של החיישן ומחוברים לפי ערכת הגשר המלאה.
מבחינה מבנית, לתא העומס של הקורה יש חורים מיוחדים לחלוקת עומס לא אחידה וזיהוי של עיוות דחיסה ומתיחה. כדי להשיג את האפקט המרבי, מדי מתח מכוונים בקפדנות על ידי סימנים מיוחדים על פני הקורה בנקודה הדקה ביותר שלה. חיישנים מדויקים ואמינים במיוחד מסוג זה משמשים ליצירת מערכות מדידה מרובות חיישנים בסולמות פלטפורמה או בונקר. הם מצאו את היישום שלהם בשקילה באוצ'רים, באריזות של מוצרים רופפים ונוזלים, מדי מתח כבלים ומדי עומס כוח אחרים.
תאי עומס מתיחה ודחיסה
תאי עומס מתיחה ודחיסה הם בדרך כלל בצורת S, עשויים מאלומיניום ונירוסטה סגסוגת. מיועד לסולמות בונקרים וקצבים עם טווח מדידה של 0.2 עד 20 טון. ניתן להשתמש בתאי מתיחה ודחיסה בצורת S במכונות כבלים, בד וסיבים כדי לשלוט בכוח המתיחה של חומרים אלה.
מדי מתח של חוט ונייר כסף
חוּט מדי מתח מיוצרים בצורה של ספירלה של חוט בקוטר קטן ומותקן על אלמנט אלסטי או חלק הנבדק עם דבק.הם נבדלים על ידי:
- קלות ייצור;
- תלות ליניארית במתח;
- גודל קטן ומחיר.
בין החסרונות, רגישות נמוכה, השפעת הטמפרטורה והלחות של הסביבה על טעות המדידה, מצוינת האפשרות להשתמש רק בתחום של עיוותים אלסטיים.
לְסַכֵּל מדי מתח הם כיום הסוג הנפוץ ביותר של מדי מתח בשל איכויותיהם המטרולוגיות הגבוהות ויכולת הייצור שלהם. זה הפך זמין הודות לטכנולוגיה הפוטוליתוגרפית של ייצורם. טכנולוגיה מתקדמת מאפשרת להשיג מדי מתח בודד עם בסיס של 0.3 מ"מ, שקעים מיוחדים של מדי מתח ושרשראות של מדי מתח בטווח טמפרטורות עבודה רחב מ-240 עד +1100 מעלות צלזיוס, בהתאם למאפיינים של חומרי רשת המדידה.
יתרונות וחסרונות של מדי מתח
מדי מתח נמצאים בשימוש נרחב בשל תכונותיהם:
- האפשרות של חיבור מונוליטי של מד המתח עם החלק הנבדק;
- עובי קטן של אלמנט המדידה, המבטיח דיוק מדידה גבוה עם שגיאה של 1-3%;
- קלות הידוק, הן על משטחים שטוחים ומעוקלים;
- היכולת למדוד עיוותים דינמיים המשתנים בתדר של עד 50,000 הרץ;
- האפשרות לבצע מדידות בתנאי סביבה קשים בטווח הטמפרטורות שבין -240 ל- +1100˚С;
- האפשרות למדוד פרמטרים בו-זמנית בנקודות רבות של החלקים;
- האפשרות למדוד את העיוות של עצמים הממוקמים במרחקים גדולים ממערכות מד מתח;
- היכולת למדוד דפורמציות בחלקים נעים (מסתובבים).
מבין החסרונות, יש לציין:
- השפעת תנאי מזג האוויר (טמפרטורה ולחות) על רגישות החיישנים;
- שינויים לא משמעותיים בהתנגדות של רכיבי המדידה (כ-1%) מחייבים שימוש במגברי אות.
- כאשר מדי מתח פועלים בטמפרטורה גבוהה או בסביבות אגרסיביות, נדרשים אמצעים מיוחדים כדי להגן עליהם.
דיאגרמות חיווט בסיסיות
הבה נשקול זאת באמצעות הדוגמה של חיבור מדי מתח למשקל ביתי או תעשייתי. לתא עומס סטנדרטי עבור מאזניים יש ארבעה חוטים רב צבעוניים: שתי כניסות הן אספקת חשמל (+Ex, -Ex), השניים האחרים הם יציאות מדידה (+Sig, -Sig). יש גם אפשרויות עם חמישה חוטים, כאשר חוט נוסף משמש כמסך לכל האחרים. מהות העבודה של חיישן מדידת המשקל מסוג קרן היא פשוטה למדי. מתח מסופק לכניסות, והמתח מוסר מהיציאות. ערך המתח תלוי בעומס המופעל על חיישן המדידה.
אם אורך החוטים מתא העומס במשקל ליחידת ה-ADC משמעותי, אזי ההתנגדות של החוטים עצמם תשפיע על קריאת המאזניים. במקרה זה, רצוי להוסיף מעגל משוב המפצה על ירידת המתח על ידי תיקון השגיאה מההתנגדות של החוטים המוכנסים למעגל המדידה. במקרה זה, בתרשים החיבור יהיו שלושה זוגות של חוטים: כוח, מדידה ופיצוי אובדן.
דוגמאות ליישום עבור מדי מתח
- אלמנט שקילה.
- מדידת כוחות המתח בעיבוד מתכות על ידי לחץ על מכבשי הטבעה ומפעלי גלגול.
- ניטור מצבי מתח-מתח של מבנים ומבנים בניין במהלך הקמתם והפעלתם.
- חיישני טמפרטורה גבוהה עשויים מפלדת סגסוגת עמידה בחום עבור מפעלים מתכות.
- עם אלמנט אלסטי מנירוסטה למדידות בסביבות אגרסיביות מבחינה כימית.
- למדידת לחץ בצינורות נפט וגז.
פשטות, נוחות ויכולת ייצור של מדי מתח הם הגורמים העיקריים ליישום פעיל נוסף שלהם, הן בתהליכים מטרולוגיים והן בחיי היומיום כמרכיבי מדידה של מכשירי חשמל ביתיים.
מאמרים דומים:
