שינויים בהתנגדות ב- Strain גאגים ל- Structural Monitoring

הבנת סטרין גאגס ותפקידם ב- Structural Monitoring

מדדי סטרין הם מכשירים המשמשים למדידת מתח על אובייקט, המשמש כחיישנים קריטיים ניטור בריאות מבני, עומס, ובדיקת חומרים.כלי דיוק אלה הפכו כלים הכרחיים על פני תעשיות רבות, מאווירה והנדסה אזרחית לייצור רכב ומכשירים רפואיים. על ידי המרת עיוות מכני לתוך אותות חשמליים מדידה, מדדים מאפשרים למהנדסים להעריך שלמות מבנית, לחזות כישלונות, ולייעל בטיחות וביצועים.

הסוג הנפוץ ביותר של מדד זנים מורכב מגיבוי גמיש התומך דפוס אלומיניום מתכתי. כאשר מתחבר למבנה ו נתון ללחץ מכני, המד משתנה יחד עם החומר, מה שגורם לשינוי בהתנגדות החשמלית שלו.זה שינוי, אם כי דקה, ניתן למדוד ולשלב במדויק את המתח שחווה המבנה.

עקרונות היסוד של מבצע סטרין גאוג

מה זה סטרין ולמה זה משנה?

סטרין הוא מדידת ללא ממד שהיא יחס של השינוי לאורך אורך המקורי של אובייקט.כאשר חומר נתון לכוחות חיצוניים, הוא חווה עיוות - או אורך תחת מתח או תחת עומסים דחוסים. זן חיובי הוא תוצאה של מתיחה חומר וזן שלילי הוא תוצאה של דחיסה.

מדידות סטרין הן חיוניות כי הם מספקים תובנה ישירה כיצד מבנים מגיבים על עומסים יישומיים.על ידי ניטור מתח לאורך זמן, מהנדסים יכולים לזהות ריכוזים מתח מופרזים, לזהות נקודות כישלונ פוטנציאליות, ולוודא כי מבנים פועלים בתוך גבולות עיצוב בטוח.מידע זה חשוב במיוחד עבור תשתיות קריטיות כגון גשרים, מבנים, מטוסים וציוד תעשייתי שבו כשל יכול לגרום לתוצאות קטסטרופליות.

כיצד סטרין גאגס Detect Deformation

ההתנגדות החשמלית של החוט, R, קשורה אורך, L, ואזור, A, על ידי R= ⁇ L / A שבו ⁇ הוא התנגדות, נכס חשמלי של חומר החוט הוא מתוח, אורך שלו גדל בעוד השטח חוצה-מחלקה שלו יורד עקב השפעות Poisson. כפי שניתן לראות במשוואה, הן של שינויים אלה לגרום ההתנגדות של חוטים כדי להגדיל את חוטי הדחיסה הפוכה.

מד זן טיפוסי מסדר רצועה ארוכה, דקה ומדורגת בדפוס של קווים מקבילים.תצורה זו ממקסמת את אורך האלמנט החישה בתוך אזור קומפקטי, שיפור הרגישות של המד ומאפשרת לו לשמש בחללים מוגבלים.תבנית Zig-zag מסייעת גם להפיץ את המתח אפילו על פני אלמנט החישה, וכתוצאה מכך המדידות מדויקות יותר.

רוב מדדי הזן המסחריים משתמשים בהתנגדות שנעשו מחומרים המדגימים אפקט אגוזיבי חזק.ההתנגדות של חומרים אלה משתנה עם זנים, לתרום באופן משמעותי לגורם המד הכולל.אפקט זה הוא בולט במיוחד במדדים של זנים למחצה, אשר יכול להשיג הרבה יותר רגישות מאשר ממד מתכתי מסורתי.

The Gauge Factor: Quantifying Strain Gauge Sרגישות

Defing the Gauge Factor

גורם Gauge (GF) או גורם זנים של מדד זנים הוא היחס של שינוי יחסי בהתנגדות חשמלית R, לזן מכני ε.maticly, מדד המד מוגדר כ- GF = ( ⁇ R / R) / ( ⁇ L / L) = ( ⁇ L / R) / ε, שבו התנאים ⁇ R / R / R / R / L מייצגים שינויים אחוזים בהתנגדות ואורך חוט, בהתאמה.

הגורם המד הוא מספר חסר ממד המתאר את הרגישות של מד הזן. גורם מד גבוה יותר מצביע על רגישות רבה יותר, כלומר המד יניב שינוי התנגדות גדול יותר עבור כמות מסוימת של מתח.רגישות זו חיונית לגילוי עיוותים קטנים במבנים וחומרים.

ערכים טיפוסיים של Gauge Factor

עבור מדדי סיכול מתכתיים נפוצים, מדד המד הוא בדרך כלל קצת יותר מ 2. יותר ספציפי, הגורם בפועל הוא בערך 1.9 עד 2.2.ערך עקבי יחסית עבור מדדים מתכתיים הופך אותם אמין וצפוי עבור רוב יישומי ניטור מבניים.

עם זאת, חומרים שונים מפגינים גורמי מד שונים.עבור מדידות של זנים קטנים, מדפי מתח למחצה, כך שנקרא ⁇ resistors, הם לעתים קרובות העדיפו על מדלל.מד סמיודור בדרך כלל יש גורם מדד גדול יותר מאשר מד שלל. למעשה, חומרים מוליכים למחצה הראו גורמי מדידה יותר מ-50 פעמים, ורגישות יותר מ -100 פעמים, של חוט מתכתי מתכתי או ממד.

ה- Trading-off הוא שמדפי המוליכים למחצה נוטים להיות יקרים יותר, רגישים יותר לשינויים בטמפרטורה, והם יותר שבריריים ממדדי ה-Slelelele. מהנדסים חייבים לשקול בקפידה את הגורמים הללו בעת בחירת מדד המתח המתאים ליישום הספציפי שלהם.

שינויים בהתנגדות ב- Strain Gauges

שינוי ההתנגדות של הקרן פורמולה

השינוי בהתנגדות ( ⁇ R) של מד זן יכול להיות מחושב באמצעות מערכת היחסים הבסיסית בין גורם מד, התנגדות ראשונית וזן החל.

(ב) ⁇ R=R0 × GF × × ⁇ FLT 1

איפה:

• (ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
• (ב) ⁇ 0 ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
• (ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
• (ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

משוואה זו יוצרת את הבסיס לכל מדידות מדדי הזנים ומאפשרת למהנדסים לחזות את השינוי הצפוי לרמה מסוימת של זנים, או באופן כללי, לחשב את הזן משינוי התנגדות נמדד.

דוגמה מעשית

שקול דוגמה מעשית: מדד סייר מתכתי עם התנגדות ראשונית של 350 ⁇ וגורם מד של 2.0 מחובר קרן פלדה. כאשר קרן beam טעון, הוא חווה זן של 1000 מיקרו-אימון (1000 × 10-6 או 0.001).

שימוש בנוסחת שינוי ההתנגדות:

⁇ R = 350 ⁇ × 2.0 × 0.001 = 0.7 ⁇

זה מייצג שינוי התנגדות של רק 0.7 הומס מתוך 350 הומס, או כ - 0.2%.שינוי קטן מאוד מדגיש מדוע מעגלים מיוחדים למדידה, כגון גשר החיטה, הם חיוניים למדידות המדידה המדויקת.

הבנת מיקרו-אימון

סטרין הוא לעתים קרובות באינטקט ( ⁇ ), שבו 1 מיקרו-אימון שווה 1 × 10-6 זן. יחידה זו נוחה כי זנים מבניים טיפוסיים נופלים בטווח של מאות עד אלפי מיקרו-אימון.לדוגמה, זן של 1000 ⁇ מייצג עיוות של 0.1%, כלומר חבר אחד באורך 1 מטר יהיה ארוך או דחוס על ידי 1 מ"מ.

כאשר עובדים עם ערכי מיקרו-אימון, ניתן לכתוב מחדש את הנוסחה לשינוי ההתנגדות:

(ב) ⁇ R=R0 × GF × ( ⁇ / 1 000)

ניסוח זה מקל על העבודה עם ערכי הזן הטיפוסיים שנפגשו ביישומים ניטור מבניים.

גשר חיטה (Puritstone Bridge Circle for Strain Measurement)

למה גשרי חיטה הם חיוניים

שינוי התנגדות זה, בדרך כלל נמדד באמצעות גשר חיטה, קשור לזן על ידי הכמות המכונה מדד מד. מעגל גשר החיטה הוא על ידי הרבה את הבחירה הפופולרית ביותר להשגת זה.זה נקרא גם מעגל גשר רבע כי המד עצמו הוא אחד מארבע ההתנגדויות במעגל.התכונה של מעגל זה שהופכת אותו כל כך פופולרי היא היכולת להמיר שינוי קטן בהתנגדות לתוך מתח שונה.

מעגל גשר החיטה מגביר את השינויים בהתנגדות דקה במדדים, מתן פלטי מתח ברזולוציה גבוהה חיוני לכוח מדויק, לחץ ובקרה מבניים.ללא תצורה זו של המעגל, שינויים ההתנגדות זעירים המיוצרים על ידי זנים יהיה כמעט בלתי אפשרי למדוד במדויק.

גשר הרובע

אם אתה מדידת ציר יחיד, מד של גשר רבע משמש.גשר הרובע מתייחס לעובדה כי רק אחד מארבעת המתנגדים הוא משתנה (Rx) ושלושת המתנגדים האחרים קבועים.

במעגל גשר רבע, מתח הפלט הוא פרופורציה לשינוי ההתנגדות במד הזן. מעגל גשר החיטה משיג את המטרה הרצויה של ייצור מתח, Vmeas, זה פרופורציונלי ל- ⁇ R, ולכן פרופורציונלי למתח.

(ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

היכן וין הוא מתח הציטוטים החל הגשר ו RG,o הוא ההתנגדות הראשונית של המד.

להפוך את וולטאז ל-Strin

®x (Vmeas/Vin) משוואה זו מאפשרת למהנדסים לחשב ישירות את המתח הפלט הממדד של גשר החיטה, בתנאי שהם יודעים את גורם המד ומתח הציטוט.

בפועל, וין משתנה בין 2 וולט ל 10 וולט.טווח זה הוא פשרה בין הרצון למקסם את המתח המצוטט על מנת למקסם את הרגישות המדידה, ואת הרצון המתחרה למזער את דור החום במערכת. מתחי ציטוט גבוהים יותר לייצר אותות פלט גדולים יותר קלים למדידה במדויק, אבל הם גם מייצרים יותר חום במדד, אשר יכול להשפיע על דיוק ומדריכות ימים.

גשר מתקדם וידויים

בעוד שתצורה של גשר רבעון היא נפוצה, יישומים מתוחכמת יותר עשויים להשתמש בחצי-גשר או בתצורה מלאה של הגשר.הסידורים האלה משתמשים במספר מדדי זנים פעילים במעגל הגשר, אשר יכולים לספק מספר יתרונות:

• (ב) ,0) רגישות מוגברת: 1FLT:1, מספר רב של מדדים פעילים מייצרים אותות תפוקה גדולים יותר
• פיצויי פיתוי:0;FLT:1 Gauges לחוות את אותם שינויים טמפרטורה אבל זנים מנוגדים יכולים לבטל אפקטים תרמיים
• (ב) ⁇ (ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
• (FLT:0) שיפור לינאריות: FLT:1 תצורה מלאה של גשר מספק לינאריות טובה יותר על פני טווחי זנים רחבים יותר

תאי עומס מודרניים משלבים מדדי זנים מרובים לשיפור דיוק המדידה, מה שהופך אותם לפתרון המועדף עבור כוח מדויק מאוד הערכות משקל ביישומים תעשייתיים.

סוגים של סטרין גאגס עבור יישומים שונים

Metallic Foil Strain Gauges

מדדי הסלילה הכללי עשויים מ"סגסוגת מאוחרת", סגסוגת המכילה 54% Cu ו-46% Ni, והם כמה מיקרומטרים עבה. אלה מד ⁇ קבוע הם הסוג הנפוץ ביותר בשל האיזון המעולה של המאפיינים ביצועים, כולל יציבות מדד טוב, יעילות טמפרטורה נמוכה, ועלות סבירה.

עם Foil Strain Gauges יש דפוס מתכתי דק המחובר משטח הבדיקה.הם משמשים לעתים קרובות ביותר בשל האמינות שלהם וקלות השימוש שלהם. Foil מד בדרך כלל יש אזורים פעילים של כ 2-10 מ"מ בגודל, מה שהופך אותם מתאימים לטווח רחב של יישומים.

Semiconductor Strain Gauges

מדענים במעבדות בל גילו את המאפיינים המטעים של גרמניה וסיליקון.למרות שהחומרים הראו אי-לינאריות משמעותית ורגישות טמפרטורה, היו להם גורמי מד יותר מ-50 פעמים, ורגישות יותר מ-100 פעמים, זה של חוט מתכתי או מדפי מלח סופה.

מדדי זנים Semiconductor תלויים באפקטים המטרידים של סיליקון או גרמניהום ומדידים את השינוי בהתנגדות עם לחץ לעומת זנים. הבדל יסודי זה בעקרון התפעולי נותן להם את הרגישות יוצאת הדופן שלהם, מה שהופך אותם אידיאליים עבור יישומים הדורשים זיהוי של עיוותים קטנים מאוד.

סטרין גאג' רוזטס

כמה מדדי זנים הנקראים זנים מד ווטס משתמשים בחיישנים נוספים כדי לספק מדידות זנים בכיוונים מרובים.הרוזט משמשים כדי לקבוע את מצב הזן המלא של אובייקט על פני השטח.מצב הזן השלם מורכב מנורמאלי, Shear, וזנים העיקריים.

עלה עליזה מבולית משתמשת בשני חיישנים ומדני הזנים רכובים אחד לשני.עבור על עלה עליזה משולשת, שלוש מעלות של מדידה הם הכרחיים.מדים אלה רכובים 0 ° 45 ° 90 ° או 0 ° 60 ° 120 מעלות יחסית אחד לשני, בהתאם המדידות הנדרשת.

תצורה של רוזט חיונית כאשר הכיוון של הלחץ העיקרי הוא לא ידוע או כאשר נדרש ניתוח מתח מלא.הם משמשים בדרך כלל בניתוח מבני מורכב, מדידה של מתח חיתי, וניתוח הלחץ הניסויי.

קטגוריה: Strain Gauge Types

סוגים נפוצים כוללים ליניארי, diaphragm, Rosette, torsion, ומדפי דו-מקביל - כל אחד מתאים לכיוונים ספציפיים מתח וחומרים.כל תצורה מתאימה לתרחישים מסוימים של מדידה:

• (ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
• (ב) מקבילות (FLT:0) מקבילות: 0Dual Parallel Measures: FLT:1rea השתמש בשתי רשתות חשונות היישרות זה לזה.תצורה זו מספקת מדידה מדויקת של מתח על ידי השוואת מתח בצד אחד של רכיב לדחיסה על השני.
• (ב) [15] , ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
• (ב) ,0) ,Diaphragm Index: ההרחבה 1 (הופנה מהדף ההרחבה)

גורמים המשפיעים על Strain Gauge Accuracy

השפעות טמפרטורה ומילוי

ביישומים אמיתיים, טמפרטורה, תכונות חומריות, הדבק שמקשר את המד אל פני השטח, ואת יציבות המתכת כל המשפיע על ההתנגדות מזוהה. טמפרטורה היא אולי המקור המשמעותי ביותר של שגיאה במדידות מד זנים, כפי שהוא משפיע הן על ההתנגדות המד וההתרחבות התרמית של הדגימה.

בחר מד שההתרחבות הלינארית שלו יעילה עבור חומר של יעד המדידה תוקן כדי להפוך את זן לכאורה εtemp "0" יצרנים לייצר מדדים עם משככי טמפרטורות תרמיים שונים המתאימים לחומרים מבניים משותפים כגון פלדה, אלומיניום, ו קונקרטי. בחירת המד המתאים עבור חומר הבדיקה הוא הצעד הראשון בצמצום שגיאות הנגרמות טמפרטורה.

טכניקות נוספות להורדת טמפרטורה כוללות:

• שימוש במדדי דומי בגשר החיטה שחווה את אותה הטמפרטורה, אך אין שום זן מכני
• עבוד חצי-גשר או תצורה מלאה של גשר עם סידורי מד מותאמת טמפרטורה
• החלת פיצוי תוכנה המבוססת על מדידות טמפרטורה מחיישנים נפרדים
• שימוש במדדים של עצמי-זמנית (STC) המיועדים לחומרים ספציפיים

Gauge Factor Accuracy

מכיוון שגורם המד של מקליט זן נקבע ב 2.00, הבדל של 0.1 בגורם המד יוביל לשגיאה של כ-5%.זה מדגיש את החשיבות של שימוש בגורם המד בפועל המסופק על ידי היצרן ולא להניח ערך נומינאלי של 2.0.

תיקון עם הפונקציה הסקאנית של הרשם חייב להתבצע על ידי שימוש בגורם המד K המתואר על קופסא של מדד הזן.מערכות רכישת נתונים מודרניים מאפשרות למשתמשים להזין את גורם המד הספציפי עבור כל ערוץ, להבטיח חישובים מדויקים.

איכות ההתקנה

המד מחובר לאובייקט על ידי דבק מתאים, כגון Cyanoacrylate. . ⁇ נכונה הוא קריטי, כמו כל פערי אוויר או גמישות בשכבת האג"ח יציג שגיאות מדידה הידועות כמו מצמרר או היסטריה.

מדדי סטרין מחוברים למצע עם דבק מיוחד.סוג הדבק תלוי בחיים הנדרשים של מערכת המדידה.עבור מדידות קצרות טווח (עד כמה שבועות) דבק ציסטלט מתאים, עבור דבק ארוך טווח ארוך טווח epoxy דבק נדרש.בדרך כלל דבק epoxy דורש ריפוי טמפרטורה גבוהה (בסביבות 80-100 מעלות צלזיוס).

ההכנה של פני השטח שבו מד הזן הוא להיות דבק הוא של החשיבות ביותר. הכנה על פני השטח הנכון בדרך כלל כרוך:

• משיכת פני השטח כדי להסיר שמנים ומזהמים
• חיסרון את פני השטח כדי ליצור מרקם מתאים
• החלת שורות הפריסה כדי להבטיח היערכות נאותה של מד
• פיתוח הכימיה של פני השטח כדי להתאים את האגרה הדבקת
• שינוי פני השטח מיד לפני יישום המד

טיהור ואוריינטציה

הבדל 5 מעלות בין זנים וסגנונות מדד זנים גורם שגיאה של כ-1%.אם הכיוון של ההחזקה אינו תואם את הקווים המתוארים, לבצע דרוג ותיקון באמצעות יחסו של פומפסון (v) היערכות של מדד הלחץ עם כיוון הלחץ העיקרי הוא חיוני למדידות מדויקות, במיוחד ביישומים של מתח לא-שיאלי.

יישומים מעשיים ב- Structural Monitoring

גשר ובטיחות תשתיות

הפסקת הגשרים מתבצעת כדי לאמת את הפרמטרים של עיצוב, להעריך את הביצועים של טכנולוגיות חדשות המשמשות בבניית גשרים, לאמת ולבקר בתהליך הבנייה, ולעקוב אחר ביצוע מעקב אחר ביצועים.

גשרים - קרן פלדה, משקולות בטון, כבלים, צלחות גוויות וtruses יש לבדוק במרווחים קבועים. בדיקות עומס דינמי מבוצעת עם כלי רכב באמצעות הגשר.

ההתמוטטות הטראגי של גשר I-35W במיניאפוליס בשנת 2007 מדגישה את החשיבות הקריטית של ניטור מבני מתמשך. בהיעדר ניטור קבוע ממדדי זנים, תיקונים משמעותיים או החלפת, הגשר התמוטט באופן בלתי נמנע בשנת 2007, הרג 13 אנשים.האירוע הזה הדגיש את המגבלות של בדיקות חזותיות תקופתיות ואת הערך של מערכות ניטור בזמן אמת.

יישומים אוויריים

בתעופה, מדדי זנים הם הגישה הסטנדרטית למדידת העומס המבני ומדישוב הדלנות כנף. strain מד נקבעים במספר מיקומים על המטוס.מד סטרין קבועים לרכיבים המבניים של עומס כדי למדוד את הלחצים לאורך נתיבי העומס עבור השתקפות כנף או עיוות במטוס.

בדיקות ריגאוריות נדרשות במהלך פיתוח והסמכה.מטוסים נבדקים גם במרווחים קבועים כדי להבטיח שהם נשמעים מבניים.מד סטרין ממלא תפקיד חיוני בבדיקות הסמכה ראשוניות וניטור אווירי מתמשך, עוזר להבטיח בטיחות נוסעים לאורך חיי השירות של המטוס.

בנייה ומבנה הנדסה אזרחית

ניתן ליישם את הגות סטרין על החיצוני של קירות בטון ורגליים.אבל הם יכולים גם להיות מוטבע בתוך אותם מבנים, ואת החוטים מועברים דרך צינורות מיוחדים.במקרה זה, זנים בתוך הבטון ניתן לעקוב בזמן אמת על ידי חיבור מערכת DAQ בחוץ.

סטרין, מתח, עומס ומדידות כוח נעשים בדרך כלל על מבנים קריטיים של עומס, כולל: מבנים, במיוחד בניינים ציבוריים, בתי חולים, גורדי שחקים, וכו 'דרכים, במיוחד אלה מהירים, וכו ' המדידות אלה עוזרות למהנדסים לאמת כי מבנים מבוצעים כמתוכנן וזיהוי כל תנאי הפחתת או טעינה בלתי צפויים.

יישומים תעשייתיים ותעשייתיים

ב- Auto, מדדי מתח וזן על רכיבי רכב שונים, מ- משככי כאבים ועד מערכות השעיה.זה עוזר לתכנן כלי רכב בטוחים ויעילים יותר.שימוש בבדיקת תאונות, בדיקות עמידות, ניטור בזמן אמת של דינמיקת כלי רכב.

אובייקטים רבים וחומרים ביישומים תעשייתיים יש חיים סופיים.כדי לשפר את חייהם ועלות הבעלות, עקרונות תחזוקה חיזוי משמשים.מד סטרין ניתן להשתמש כדי לפקח על הזן כאינדיקטור של עייפות בחומרים כדי לאפשר מערכות תוכנה לחזות כאשר רכיבים מסוימים צריכים להיות מוחלפים או שירות.

מטען וחילוני כוח

מדד סטרין הם אלמנטים מרכזיים בחישה בתוך תאי עומס, חיישנים מומנט, וחיישנים לחץ.כאשר הם מוחלים על מבנה חד-משמעי (כגון קרן או diaphragm), הם להמיר קלט מכני - כוח, משקל, או torque - אות חשמלי.

מדדים סטרין בתאים עומס מזהים שינויים בהתנגדות דקה עקב עומסים מכניים.המכשירים האלה הם בכל מקום במערכות במשקל תעשייתיות, מקשקשים של משאיות ומעקבי סילו ועד לאזנים מעבדה מדויקים.דיוק של תאי העומס המודרניים, לעתים קרובות יותר מ-0.011% מהסקאלה המלא, תלוי באופן ביקורתי בחישוב מדויק ומדידה של שינויים בהתנגדות למתח.

שיקולים מתקדמים למדדים

בחירת אורך ה- Appropriate Gauge

כפי שנדרש על ידי האובייקט נמדד, מד זן קצר באורך קצר עשוי לשמש למדידת זנים מקומיים, ומד זן ארוך באורך ארוך למדידת זן ממוצעת.

• (FLT:0) הומוגניות של מגנט אוויר: 1) למדוד חומר לא הומוגני כגון בטון המורכב מלט ומגצר, מדד זן עם אורך של כ 3 פעמים בגודל הדגנים המצטבר משמש
• (ב) יש צורך במדדים קצרים יותר (ב"ג) כאשר מתח משתנה במהירות על פני מרחקים קטנים.
• (ב) תגובה דינמית:0 (ב) 1 (התגובה של מד זן תלוי אורך המד והגל האלסטי (גל קבוע) של החומר שנמדד
• (ב) ,0) מרחב בלתי ניתן להשגה: 1FLT:1, מגבלות פיזיקליות עשויות להגביל את גודל המד באזורים מוגבלים

הגנת הסביבה

אם החוטים המחברים את מד הזן למצב האות אינם מוגנים מפני לחות, כגון חוט חשוף, קורוזיה יכול להתרחש, המוביל להתנגדות parasitic. זה יכול לאפשר זרמים לזרום בין החוטים לבין תת-המצע שאליו המדבק הוא דבק, או בין שני החוטים ישירות, הצגת שגיאה המתחרה עם הזרם זורם דרך המד.

כדי להימנע משגיאה זו, זה מספיק כדי להגן על חוטי מד הזנים עם זכירה מחלחל (למשל, epoxy או פוליאורטן סוג). Strain Measures עם חוטים לא מוגנים ניתן להשתמש רק בסביבה מעבדה יבשה אבל לא בתוך תעשייתי.

עבור מתקנים בחוץ לטווח ארוך, הגנה נוספת חיונית.להיות בטוח שאתה בוחר ציפוי יזום מתאים למיקום מדד הלחץ.בנוסף, ציפוי מגן זה חייב להיות דבק בסיס נפשית, לא צבע.

• ציפוי מבוסס ווקס לשימוש במעבדה לטווח קצר
• ציפוי פוליאורטן להגנה סביבתית בינונית
• אבלל גומי תרכובות לסביבות חיצוניות וגבוהות
• ניאורמין או סיליקון גומי לסביבות כימיות קשות
• מתחמי מתכת לתנאים קיצוניים

המונחים: data Acquisition

מערכות מדידה מתוחכמות דורשות מיזוג אותות מתוחכמות כדי להמיר את התפוקה הקטנה של מתח מגשרי חיטה לתוך נתונים נגישים.

• (FLT:0)Bridge השלמת:FLT:1 , מתן המתנגדים הנוספים הדרושים כדי להשלים את התצורה של רבע-גשר או חצי-ברידג'.
• (ב) ,0) ,התחנה: 1FLT: אספקת מתח יציב ומדויק לגשר
• (ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
• (ב) ,0) ,5: ⁇ : ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
• (FLT:0) אנלוג-ל-דיגיטלי המרה: אנדרל 1 (Moderal Re-דיגיטלי) המרת אותות אנלוגיים לנתונים דיגיטליים לעיבוד מחשב
• (ב) ⁇ :0) , ⁇ ומדפי: 1 (ב) החלים את גורמי המד ואת מנגנוני ה calibration כדי להמיר מתחים ליחידות הנדסה

בייצור חכם מודרני, מדדי זנים יכולים להשתלב במערכות IoT תעשייתיות (IIoT) כדי לאפשר ניטור מצב בזמן אמת. כאשר הם מחוברים למצבי אות ומדרדרים אלחוטיים, הם מספקים משוב מתמשך על בריאות מכונה, רטט, ועומס - תמיכה תחזוקה חיזוי וצמצום זמני הפחתת.

טכנולוגיות מתפתחות ופיתוח עתידי

ננופי חלקיקים - Strain Gauges

מדדי זנים המבוססים על ננו חלקיקים מופיעים כטכנולוגיה מבטיחה חדשה.חיישנים מנוגדים אלה שהאזור הפעיל שלהם נעשה על ידי הרכב חלקיקים מוליכים, כגון זהב או פחמן, משלבים גורם גבוה, טווח עיוות גדול וצריכה חשמלית קטנה בשל הרתיעה הגבוהה שלהם.

חיישנים מתקדמים אלה מציעים כמה יתרונות על מדצי זנים מסורתיים, כולל רגישות גבוהה יותר, גמישות רבה יותר, ואת היכולת למדוד זנים גדולים יותר ללא נזק.הם מראים הבטחה מיוחדת עבור יישומים מעורבים חומרים רכים, חיישנים לבישים, ומכשירים ביו-רפואיים.

המונחים: pin Measurement

מדדי זנים אופטיים חדשים של Light® מציעים מגוון רחב של זנים, עמידות עייפות, התקנה קלה, ועמידות אפילו בתנאים קשים כמו לחות, חלודה ומלח.סיבים זנים אופטיים, כולל חיישני סיבים Bragg Grating (FBG), מספקים חסינות להפרעות אלקטרומגנטיות וליכולת למגוון חיישנים רבים על סיבים בודדים, מה שהופך אותם אידיאליים עבור פרויקטים גדולים של מעקב מבני.

מעקב אלחוטי ומרוחק

מערכות מד לחץ אלחוטיות מבטלות את הצורך בקנוניה נרחבת, צמצום עלויות ההתקנה ומאפשרות ניטור במקומות שבהם חיבורים חוטיים הם לא מעשיים. חלק מהגשרים מוגדרים כדי להשתמש בטלמטרי אלחוטי, אשר מעביר את תוצאות הבדיקות באמצעות Ethernet.

Best Practices for Strain Gauge Implementation

תכנון ועיצוב

מתקני מדד מוצלח מתחילים בתכנון זהיר:

• ניתוח מתח לביצוע זיהוי מיקומים קריטיים
• בחר סוגים של מד מתאים, גדלים ותצורה עבור היישום
• בחר מדדים עם משככי התפשטות תרמיים המתאימים לחומר הבדיקה
• תוכנית להגנה סביבתית המתאימה לתנאי ההתקנה
• עיצוב ארכיטקטורת מערכת המדידה, כולל הגדרות גשר ומיזוג אותות
• קביעת הליכי calibration and אימות

נוהלי התקנה

אחד החיישנים הנפוצים ביותר של SHM בשימוש כיום הוא הבלוטת הזן של ה-Sleper.בדרך כלל הכלי הקטן ביותר באתר, הבלוטת הזן של ה-SHM בצורה ידידותית ונוכלת, הוא אבן הפינה של מערכותSHM רבות. ההתקנה הנכונה היא קריטית להשגת המדידות מדויקות ואמינה:

• עקבו אחרי פרוצדורות ההכנות של היצרן בקפידה
• להבטיח היערכות נאותה עם כיוונים הלחץ העיקריים
• החל דבק לפי מפרטים, הימנעות בועות אוויר או חללים
• לאפשר זמן ריפוי נאות לפני הפעלת עומסים או ציפויים מגן
• לבדוק איכות ההתקנה באמצעות בדיקות התנגדות ומדידות ראשוניות
• החל הגנה סביבתית מתאימה לתנאי השירות
• עבור מתקנים זמניים, כבלים צריך להיות לרוץ לא יותר מ 5 מטרים מרווחים. כבלים צריך להיות מאובטח ב conduit עבור כל התקנות קבועות.

טיהור וקאליברציה

לאחר ההתקנה, לאמת את הניתוח הנכון לפני להסתמך על המדידות:

• החוטים המובילים של מד זן הם דק מאוד, עשוי להיות שבור אם הכוח מוחל במהלך ההחזקה. למדוד את ההתנגדות בין שני החוטים של המד עם בודק.הם לא שבורים אם 120 ⁇ מסומן.
• בדוק איזון גשר ואפס התחלה לפני החלת עומסים
• החל עומסי כיבוד ידועים כדי לאמת דיוק מערכת
• השוואת המדידות עם תחזיות תיאורטיות או ניתוח של אלמנט סופי
• קריאה בסיסית של מסמך עבור התייחסות עתידית
• קביעת בדיקות איכות נתונים וסףי אזעקה עבור מעקב יישומים

מסקנה: התפקיד הקריטי של אזהרות התנגדות

הבנת כיצד לחשב שינויים במדדי לחץ היא היסוד לבדיקות ניטור מבנים מוצלחות וחומרים.מערכת היחסים ⁇ R= R0 × GF × × ε מספקת את הבסיס להמירת עיוות מכני לתוך אותות חשמליים הניתנים למדידה, המאפשר למהנדסים להעריך יושרה מבנית, לאמת עיצובים, ולחזות כישלונות לפני שהם מתרחשים.

מדדי סטרין הם כלים גיאוטכניים רב-תכליתיים עם יישומים רחבים מאוד המסייעים להבטיח בטיחות ופרודוקטיביות.הם זוכים במיוחד לדיוק שלהם, קלות ההתקנה, עלויות נמוכות, חיי תפעול ארוכים, ואת הצורך בתחזוקה מוגבלת מאוד.

החל ניטור בטיחות גשר ושלמות מבנית מטוסים כדי לאפשר מערכות משקל דיוק וקידום חומרים מחקר, מדדי זנים הפכו לכלים הכרחיים על פני אינספור תעשיות.טכנולוגיית מדד סטרין התפתחה ממודלים מוקדמים של הפצעים ועד פתרונות מודרניים באמצעות photolithography, תחריט כימי, הדפסה מעגלית, המאפשר רגישות גבוהה, חיישנים אמינים המשמשים בתחום התעופה, רכב, הנדסה אזרחית, אוטומציה.

הצלחה עם מדידות מדד מתח דורשת תשומת לב לגורמים רבים מעבר לנוסחת חישוב ההתנגדות הבסיסית. תגמול טמפרטורה, טכניקות התקנה נאותות, בחירת מד מתאים, הגנה סביבתית, ומיזוג אותות מתוחכם כל לשחק תפקידים קריטיים בהשגת תוצאות מדויקות, אמינות. על ידי שליטה בעקרונות אלה ולאחר שיטות הטובות ביותר, מהנדסים יכולים לרתום את מלוא הפוטנציאל של טכנולוגיית מדד כדי ליצור מבנים בטוחים יותר, מוצרים אמינים יותר ומערכות יעילות יותר.

בעוד הטכנולוגיה ממשיכה להתקדם, התפתחויות מתפתחות בחיישנים המבוססים על חלקיקים, טכניקות מדידה אופטית, ומערכות ניטור אלחוטיות מבטיחות להרחיב את היכולות והיישומים של מדידה מתוחה אפילו יותר.

עבור מהנדסים וטכנאים הפועלים עם מערכות ניטור מבניות, הבנה מעמיקה של חישובי התנגדות של מדד מספק את הבסיס ליישום פתרונות מדידה יעילים להגנה על בטיחות הציבור, אופטימיזציה של עיצובים, ולקדם את ההבנה שלנו כיצד חומרים ומבנים מתנהגים בתנאים של העולם האמיתי. [+] כדי ללמוד יותר על טכניקות מדידה ויישומים, בקר משאבים כגון FLT:0HBKKin Gaegenterin Gae GuideFLT1 או מפורט מידע טכני ב-F2tinic: