टेनोमीटर - टेन्सोमेट्रिक मोजणारे ट्रान्सड्यूसर

स्ट्रेन गेज सेन्सर - एक पॅरामेट्रिक रेझिस्टिव्ह ट्रान्सड्यूसर जो यांत्रिक तणावामुळे उद्भवलेल्या कठोर शरीराच्या विकृतीला इलेक्ट्रिकल सिग्नलमध्ये रूपांतरित करतो.

रेझिस्टिव्ह प्रेशर गेज हा एक बेस असतो ज्यामध्ये संवेदनशील घटक जोडलेले असतात. स्ट्रेन गेजचा वापर करून स्ट्रेन मापन करण्याचे तत्त्व असे आहे की स्ट्रेन गेजचा प्रतिकार ताण दरम्यान बदलतो. अष्टपैलू कम्प्रेशन (हायड्रोस्टॅटिक प्रेशर) च्या कृती अंतर्गत धातूच्या कंडक्टरच्या प्रतिकारातील बदलाचा प्रभाव 1856 मध्ये लॉर्ड केल्विन आणि 1881 मध्ये ओडी ह्वोलसन यांनी शोधला.

त्याच्या आधुनिक स्वरुपात, स्ट्रेन गेज संरचनात्मकपणे स्ट्रेन रेझिस्टरचे प्रतिनिधित्व करते, ज्याचा संवेदनशील घटक तणाव-संवेदनशील सामग्री (वायर, फॉइल इ.) बनलेला असतो, तपासणीच्या भागावर बाईंडर (गोंद, सिमेंट) सह निश्चित केले जाते. (आकृती 1). सेन्सिंग एलिमेंटला इलेक्ट्रिकल सर्किटशी जोडण्यासाठी, स्ट्रेन गेजमध्ये तारा असतात.काही स्ट्रेन गेज सहज स्थापनेसाठी डिझाइन करतात, त्यांच्यात संवेदनशील घटक आणि चाचणी अंतर्गत भाग यांच्यामध्ये पॅड असतो, तसेच संवेदनशील घटकाच्या वर एक संरक्षणात्मक घटक असतो.

आकृती 1 स्ट्रेन गेजची योजनाबद्ध: 1- संवेदनशील घटक; 2- बाईंडर; 3- थर; 4- तपासलेला तपशील; 5- संरक्षणात्मक घटक; 6- सोल्डरिंग (वेल्डिंग) साठी ब्लॉक; 7-वायर वायरिंग

स्ट्रेन गेज ट्रान्सड्यूसर वापरून सर्व विविध कार्ये सोडवल्या जातात, त्यांच्या वापराची दोन मुख्य क्षेत्रे ओळखली जाऊ शकतात:

- सामग्रीच्या भौतिक गुणधर्मांचा अभ्यास, भाग आणि संरचनांमध्ये विकृती आणि ताण;

- लवचिक घटकाच्या विकृतीमध्ये रूपांतरित होणारी यांत्रिक मूल्ये मोजण्यासाठी स्ट्रेन गेजचा वापर.

पहिल्या केसमध्ये व्होल्टेज मापन बिंदूंची लक्षणीय संख्या, पर्यावरणीय पॅरामीटर्समधील बदलांची विस्तृत श्रेणी, तसेच मापन चॅनेल कॅलिब्रेट करण्याची अशक्यता द्वारे दर्शविले जाते. या प्रकरणात, मापन त्रुटी 2-10% आहे.

दुसऱ्या प्रकरणात, सेन्सर मोजलेल्या मूल्यानुसार कॅलिब्रेट केले जातात आणि मापन त्रुटी 0.5-0.05% च्या श्रेणीत आहेत.

स्ट्रेन गेजच्या वापराचे सर्वात उल्लेखनीय उदाहरण म्हणजे शिल्लक. बहुतेक रशियन आणि परदेशी उत्पादकांचे स्केल स्ट्रेन गेजसह सुसज्ज आहेत. लोड सेल स्केलचा वापर विविध उद्योगांमध्ये केला जातो: नॉन-फेरस आणि फेरस मेटलर्जी, रासायनिक, बांधकाम, अन्न आणि इतर उद्योग.

इलेक्ट्रॉनिक स्केलच्या ऑपरेशनचे सिद्धांत लोड सेलवर कार्य करणा-या गुरुत्वाकर्षणाच्या शक्तीचे मोजमाप करण्यासाठी कमी केले जाते, परिणामी बदल, जसे की विकृती, आनुपातिक आउटपुट इलेक्ट्रिकल सिग्नलमध्ये रूपांतरित करून.

टेन्सर प्रतिरोधकांचा विस्तृत वापर त्यांच्या अनेक फायद्यांनी स्पष्ट केला आहे:

- लहान आकार आणि वजन;

— कमी जडत्व, जे स्टॅटिक आणि डायनॅमिक दोन्ही मोजमापांसाठी स्ट्रेन गेज वापरण्याची परवानगी देते;

- एक रेखीय वैशिष्ट्य आहे;

- दूरस्थपणे आणि अनेक ठिकाणी मोजमाप करण्याची परवानगी द्या;

— तपासलेल्या भागावर त्यांच्या स्थापनेच्या पद्धतीस जटिल उपकरणांची आवश्यकता नसते आणि तपासलेल्या भागाचे विकृत क्षेत्र विकृत होत नाही.

आणि त्यांचे नुकसान, जे तापमान संवेदनशीलता आहे, बहुतेक प्रकरणांमध्ये भरपाई केली जाऊ शकते.

कन्व्हर्टरचे प्रकार आणि त्यांची डिझाइन वैशिष्ट्ये

स्ट्रेन गेजचे ऑपरेशन विरूपण प्रभावाच्या घटनेवर आधारित आहे, ज्यामध्ये त्यांच्या यांत्रिक विकृती दरम्यान तारांच्या सक्रिय प्रतिकारामध्ये बदल होतो. सामग्रीच्या विरूपण प्रभावाचे वैशिष्ट्य म्हणजे सापेक्ष विरूपण संवेदनशीलता के गुणांक, कंडक्टरच्या लांबीमधील बदलाच्या प्रतिकारातील बदलाचे गुणोत्तर म्हणून परिभाषित:

k = er / el

जेथे er = dr/r — कंडक्टरच्या प्रतिकारातील सापेक्ष बदल; el = dl / l — वायरच्या लांबीमधील सापेक्ष बदल.

घन शरीराच्या विकृती दरम्यान, त्यांच्या लांबीमध्ये बदल व्हॉल्यूममधील बदलाशी संबंधित असतो आणि त्यांचे गुणधर्म, विशेषतः, प्रतिकार मूल्य देखील बदलतात. म्हणून, सामान्य प्रकरणात संवेदनशीलता गुणांकाचे मूल्य असे व्यक्त केले पाहिजे

के = (1 + 2μ) + मी

येथे, परिमाण (1 + 2μ) कंडक्टरच्या भौमितिक परिमाणे (लांबी आणि क्रॉस-सेक्शन) मधील बदलाशी संबंधित प्रतिकारातील बदल दर्शविते आणि - त्याच्या भौतिक बदलाशी संबंधित सामग्रीच्या प्रतिकारातील बदल गुणधर्म

जर सेमीकंडक्टर सामग्रीचा वापर टेन्सरच्या उत्पादनात केला गेला असेल तर, संवेदनशीलता मुख्यत्वे त्याच्या विकृती आणि K»m दरम्यान जाळीच्या सामग्रीच्या गुणधर्मांमधील बदलाद्वारे निर्धारित केली जाते आणि 40 ते 200 पर्यंत भिन्न सामग्रीसाठी बदलू शकते.

सर्व विद्यमान कन्व्हर्टर तीन मुख्य प्रकारांमध्ये विभागले जाऊ शकतात:

- वायर;

- फॉइल;

- चित्रपट.

वायर टेलीमीटरचा वापर दोन दिशांमध्ये नॉन-इलेक्ट्रिक मात्रा मोजण्याच्या तंत्रात केला जातो.

प्रथम दिशा म्हणजे व्हॉल्यूम कॉम्प्रेशनच्या स्थितीत कंडक्टरच्या विकृती प्रभावाचा वापर, जेव्हा ट्रान्सड्यूसरचे नैसर्गिक इनपुट मूल्य आसपासच्या वायू किंवा द्रवाचा दाब असतो. या प्रकरणात, ट्रान्सड्यूसर हे मोजलेल्या दाब (द्रव किंवा वायू) च्या क्षेत्रामध्ये ठेवलेले वायरचे (सामान्यतः मॅंगॅनिन) कॉइल असते. कनवर्टरचे आउटपुट मूल्य म्हणजे त्याच्या सक्रिय प्रतिकारातील बदल.

दुसरी दिशा म्हणजे तणाव-संवेदनशील सामग्रीपासून बनवलेल्या टेंशन वायरचा ताण प्रभाव वापरणे. या प्रकरणात, व्होल्टेज सेन्सर "फ्री" कन्व्हर्टर्सच्या स्वरूपात आणि गोंदलेल्या स्वरूपात वापरले जातात.

"फ्री" स्ट्रेन गेज एक किंवा एका पंक्तीच्या तारांच्या स्वरूपात बनवले जातात, जंगम आणि अचल भागांच्या दरम्यानच्या टोकाला निश्चित केले जातात आणि नियम म्हणून, एकाच वेळी लवचिक घटकाची भूमिका पार पाडतात. अशा ट्रान्सड्यूसरचे नैसर्गिक इनपुट मूल्य हलत्या भागाची फारच कमी हालचाल असते.

सर्वात सामान्य प्रकारचे बाँड वायर स्ट्रेन गेजचे उपकरण आकृती 2 मध्ये दर्शविले आहे. 0.02-0.05 मिमी व्यासाची एक पातळ वायर, झिगझॅग पॅटर्नमध्ये ठेवली जाते, पातळ कागदाच्या किंवा लाख फॉइलच्या पट्टीवर चिकटलेली असते. लीडेड कॉपर वायर वायरच्या टोकाला जोडलेले असतात. कन्व्हर्टरचा वरचा भाग वार्निशच्या थराने झाकलेला असतो आणि काहीवेळा कागदासह बंद केला जातो किंवा वाटला जातो.

ट्रान्सड्यूसर सहसा स्थापित केला जातो जेणेकरून त्याची सर्वात लांब बाजू मोजलेल्या शक्तीच्या दिशेने असेल. अशा ट्रान्सड्यूसरला, चाचणीच्या नमुन्याला चिकटवलेले, त्याच्या पृष्ठभागाच्या थराची विकृती समजते. अशाप्रकारे, ग्लूड ट्रान्सड्यूसरचे नैसर्गिक इनपुट मूल्य हे ज्या भागाला चिकटवले आहे त्या भागाच्या पृष्ठभागाच्या स्तराचे विकृतीकरण आहे आणि आउटपुट हे या विकृतीच्या प्रमाणात ट्रान्सड्यूसरच्या प्रतिकारातील बदल आहे. साधारणपणे, नॉन-ग्लूड सेन्सरचा वापर जास्त वेळा केला जातो.

आकृती 2 - बॉन्डेड वायर स्ट्रेन गेज: 1 - स्ट्रेन गेज वायर; 2- गोंद किंवा सिमेंट; 3- सेलोफेन किंवा पेपर बॅकिंग; 4-वायर वायर

ट्रान्सड्यूसरचा मापन आधार म्हणजे वायरने व्यापलेल्या भागाची लांबी. सर्वात सामान्यतः वापरले जाणारे ट्रान्सड्यूसर 30-500 ohms च्या प्रतिकारासह 5-20 मिमी बेस असतात.

सर्वात सामान्य कॉन्टूर स्ट्रेन गेज डिझाइन व्यतिरिक्त, इतर आहेत. ट्रान्सड्यूसरचा मापन पाया (3 - 1 मिमी) कमी करणे आवश्यक असल्यास, ते वळण पद्धतीद्वारे केले जाते, ज्यामध्ये भार-संवेदनशील वायरचे सर्पिल वळणाच्या नळीवर वर्तुळाकार क्रॉस सेक्शनच्या मॅन्डरेलवर असते. पातळ कागद. या नळीला मग चिकटवले जाते, मँडरेलमधून काढून टाकले जाते, सपाट केले जाते आणि तारांच्या टोकांना तार जोडल्या जातात.

जेव्हा थर्मोकन्व्हर्टरच्या सहाय्याने सर्किटमधून मोठा प्रवाह प्राप्त करणे आवश्यक असते, तेव्हा ते अनेकदा गुंडाळलेल्या वायरसह "पॉवरफुल" स्ट्रेन गेज वापरतात... त्यामध्ये समांतर जोडलेल्या मोठ्या संख्येने (30 - 50 पर्यंत) वायर असतात, भिन्न असतात. मोठ्या आकारात (बेसची लांबी 150 - 200 मिमी) आणि कन्व्हर्टरमधून जाणार्‍या विद्युत् प्रवाहात लक्षणीय वाढ सक्षम करते (आकृती 3).

रेखांकन 3- कमी प्रतिकार असलेले टेनोमीटर ("शक्तिशाली"): 1 — स्ट्रेन गेज वायर; 2- गोंद किंवा सिमेंट; 3- सेलोफेन किंवा पेपर बॅकिंग; 4 पिन वायर

वायर प्रोबमध्ये नमुन्याशी (सबस्ट्रेट) संपर्काचे क्षेत्र लहान असते, जे उच्च तापमानात गळतीचे प्रवाह कमी करते आणि संवेदनशील घटक आणि नमुना यांच्यामध्ये उच्च अलगाव व्होल्टेज बनवते.

फॉइल लोड सेल्स ही अॅडेसिव्ह लोड सेल्सची सर्वात लोकप्रिय आवृत्ती आहे. फॉइल ट्रान्सड्यूसर ही फॉइलची 4-12 मायक्रॉन जाडीची पट्टी असते, ज्यावर धातूचा एक भाग अशा प्रकारे नक्षीकाम करून निवडला जातो की उर्वरित भाग आकृती 4 मध्ये दर्शविलेले लीड ग्रिड बनवतात.

अशा ग्रिडच्या निर्मितीमध्ये, ग्रिडच्या कोणत्याही पॅटर्नचा अंदाज लावला जाऊ शकतो, जो फॉइल स्ट्रेन गेजचा महत्त्वपूर्ण फायदा आहे. प्रतिमा 4 मध्ये, अंजीर मध्ये, रेखीय तणाव स्थिती मोजण्यासाठी डिझाइन केलेले फॉइल ट्रान्सड्यूसरचे स्वरूप दर्शविते. 4, c — टॉर्क्स मोजण्यासाठी शाफ्टला चिकटवलेला फॉइल ट्रान्सड्यूसर आणि अंजीरमध्ये. 4, ब - पडदा करण्यासाठी glued.

रेखांकन 4- फॉइल कन्व्हर्टर: 1- लूप समायोजित करणे; 2- पडदा तन्य शक्तींना संवेदनशील झुकते; 3- डायाफ्रामच्या संकुचित शक्तींना संवेदनशील रोटेशन

फॉइल कन्व्हर्टर्सचा एक गंभीर फायदा म्हणजे कन्व्हर्टरच्या टोकांचा क्रॉस-सेक्शन वाढवण्याची शक्यता; वायरचे वेल्डिंग (किंवा सोल्डरिंग) या प्रकरणात वायर कन्व्हर्टरपेक्षा अधिक विश्वासार्हतेने केले जाऊ शकते.

फॉइल डिफॉर्मर्स, वायरच्या तुलनेत, संवेदनशील घटकाच्या पृष्ठभागाचे क्रॉस-सेक्शनल एरिया (संवेदनशीलता) चे प्रमाण जास्त असते आणि ते गंभीर तापमान आणि सतत लोडमध्ये अधिक स्थिर असतात. मोठ्या पृष्ठभागाचे क्षेत्रफळ आणि लहान क्रॉस-सेक्शन देखील सेन्सर आणि नमुना यांच्यातील तापमानाचा चांगला संपर्क सुनिश्चित करतात, ज्यामुळे सेन्सरचे स्व-उष्णता कमी होते.

फॉइल स्ट्रेन गेजच्या उत्पादनासाठी, टेलीनोमीटर (कॉन्स्टंटन, निक्रोम, निकेल-लोह मिश्र धातु इ.) साठी समान धातू वापरल्या जातात आणि इतर साहित्य देखील वापरले जातात, उदाहरणार्थ, टायटॅनियम-अॅल्युमिनियम मिश्र धातु 48T-2, जे मोजतात 12% पर्यंत ताण, तसेच अनेक सेमीकंडक्टर सामग्री.

चित्रपट tensors

अलिकडच्या वर्षांत, बाँड रेझिस्टन्स स्ट्रॅन्सच्या मोठ्या प्रमाणावर उत्पादनाची दुसरी पद्धत उदयास आली आहे, ज्यामध्ये ताण-संवेदनशील सामग्रीचे व्हॅक्यूम उदात्तीकरण आणि वर्कपीसवर थेट स्प्रे केलेल्या सब्सट्रेटवर त्याचे संक्षेपण समाविष्ट आहे. अशा ट्रान्सड्यूसरना फिल्म ट्रान्सड्यूसर म्हणतात. अशा स्ट्रेन गेजची लहान जाडी (15-30 मायक्रॉन) उच्च तापमानात डायनॅमिक मोडमध्ये स्ट्रेन मोजताना एक महत्त्वपूर्ण फायदा देते, जेथे ताण मोजमाप संशोधनाचे एक विशेष क्षेत्र आहे.

बिस्मथ, टायटॅनियम, सिलिकॉन किंवा जर्मेनियमवर आधारित अनेक फिल्म स्ट्रेन गेज एकाच प्रवाहकीय पट्टीच्या स्वरूपात बनवले गेले आहेत (चित्र 5).अशा ट्रान्सड्यूसरमध्ये ट्रान्सड्यूसरची सापेक्ष संवेदनशीलता ज्या सामग्रीपासून ट्रान्सड्यूसर बनविली जाते त्या सामग्रीच्या संवेदनशीलतेच्या तुलनेत कमी होण्याचा गैरसोय होत नाही.

आकृती 5- फिल्म स्ट्रेन गेज: 1- स्ट्रेन गेज फिल्म; 2- लाख फॉइल; 3-पिन वायर

मेटल फिल्म-आधारित ट्रान्सड्यूसरचे स्ट्रेन गेज गुणांक 2-4 आहे आणि त्याचा प्रतिकार 100 ते 1000 ohms पर्यंत बदलतो. सेमीकंडक्टर फिल्मच्या आधारे बनवलेल्या ट्रान्सड्यूसरमध्ये 50-200 च्या ऑर्डरचा गुणांक असतो आणि म्हणून ते लागू व्होल्टेजसाठी अधिक संवेदनशील असतात. या प्रकरणात, अॅम्प्लीफायर सर्किट्स वापरण्याची आवश्यकता नाही, कारण सेमीकंडक्टर स्ट्रेन-रेझिस्टर ब्रिजचे आउटपुट व्होल्टेज अंदाजे 1 V आहे.

दुर्दैवाने, सेमीकंडक्टर कन्व्हर्टरचा प्रतिकार लागू केलेल्या व्होल्टेजनुसार बदलतो आणि संपूर्ण व्होल्टेज श्रेणीवर मूलत: नॉन-रेखीय असतो, आणि ते खूप तापमानावरही अवलंबून असते. अशाप्रकारे, जरी मेटल फिल्म डिफॉर्मरसह काम करताना एम्पलीफायरची आवश्यकता असली तरी, रेखीयता खूप जास्त आहे आणि तापमानाच्या प्रभावाची सहज भरपाई केली जाऊ शकते.