टेनोमीटर - टेन्सोमेट्रिक मापने वाले ट्रांसड्यूसर

तनाव गेज सेंसर - एक पैरामीट्रिक प्रतिरोधी ट्रांसड्यूसर जो एक यांत्रिक तनाव के कारण एक कठोर शरीर के विरूपण को एक विद्युत संकेत में परिवर्तित करता है।

एक प्रतिरोधक दबाव नापने का यंत्र एक आधार है जिसमें एक संवेदनशील तत्व जुड़ा होता है। स्ट्रेन गेज का उपयोग करके स्ट्रेन मापन का सिद्धांत यह है कि स्ट्रेन गेज का प्रतिरोध स्ट्रेन के दौरान बदल जाता है। सर्वांगीण संपीड़न (हाइड्रोस्टेटिक दबाव) की कार्रवाई के तहत एक धातु कंडक्टर के प्रतिरोध के परिवर्तन का प्रभाव 1856 में लॉर्ड केल्विन द्वारा और 1881 में ओडी ह्वोलसन द्वारा खोजा गया था।

अपने आधुनिक रूप में, एक तनाव गेज संरचनात्मक रूप से एक तनाव प्रतिरोधी का प्रतिनिधित्व करता है, जिसका संवेदनशील तत्व एक तनाव-संवेदनशील सामग्री (तार, पन्नी, आदि) से बना होता है, जो जांच के तहत भाग पर एक बांधने की मशीन (गोंद, सीमेंट) के साथ तय होता है। (आकृति 1)। संवेदन तत्व को विद्युत परिपथ से जोड़ने के लिए, तनाव गेज में तार होते हैं।आसान स्थापना के लिए कुछ तनाव गेज डिजाइन, उनके पास संवेदनशील तत्व और परीक्षण के तहत भाग के बीच स्थित एक पैड है, साथ ही संवेदनशील तत्व के ऊपर स्थित एक सुरक्षात्मक तत्व भी है।

चित्रा 1 तनाव गेज की योजनाबद्ध: 1- संवेदनशील तत्व; 2- बाइंडर; 3- सब्सट्रेट; 4- जांच की गई जानकारी; 5- सुरक्षात्मक तत्व; 6- सोल्डरिंग (वेल्डिंग) के लिए ब्लॉक; 7-वायर वायरिंग

तनाव गेज ट्रांसड्यूसर का उपयोग करके हल किए गए सभी प्रकार के कार्यों के साथ, उनके उपयोग के दो मुख्य क्षेत्रों को प्रतिष्ठित किया जा सकता है:

- भागों और संरचनाओं में सामग्री, विरूपण और तनाव के भौतिक गुणों का अध्ययन;

- लोचदार तत्व के विरूपण में परिवर्तित यांत्रिक मूल्यों को मापने के लिए तनाव गेज का उपयोग।

पहले मामले में वोल्टेज माप बिंदुओं की एक महत्वपूर्ण संख्या, पर्यावरणीय मापदंडों में व्यापक परिवर्तन, साथ ही माप चैनलों को कैलिब्रेट करने की असंभवता की विशेषता है। इस मामले में, माप त्रुटि 2-10% है।

दूसरे मामले में, सेंसर को मापा मूल्य के अनुसार कैलिब्रेट किया जाता है और माप त्रुटियां 0.5-0.05% की सीमा में होती हैं।

तनाव गेज के उपयोग का सबसे आकर्षक उदाहरण संतुलन है। अधिकांश रूसी और विदेशी निर्माताओं के पैमाने तनाव गेज से लैस हैं। लोड सेल स्केल का उपयोग विभिन्न उद्योगों में किया जाता है: अलौह और लौह धातु विज्ञान, रसायन, निर्माण, भोजन और अन्य उद्योग।

परिणामी परिवर्तनों, जैसे विरूपण, को आनुपातिक आउटपुट विद्युत संकेत में परिवर्तित करके लोड सेल पर अभिनय करने वाले गुरुत्वाकर्षण बल को मापने के लिए इलेक्ट्रॉनिक तराजू के संचालन का सिद्धांत कम हो जाता है।

टेंसर रेसिस्टर्स के व्यापक उपयोग को उनके कई फायदों द्वारा समझाया गया है:

- छोटा आकार और वजन;

- कम जड़ता, जो स्थिर और गतिशील माप दोनों के लिए तनाव गेज के उपयोग की अनुमति देती है;

- एक रैखिक विशेषता है;

- माप को दूरस्थ रूप से और कई बिंदुओं पर करने की अनुमति दें;

- जांच किए गए हिस्से पर उनकी स्थापना की विधि के लिए जटिल उपकरणों की आवश्यकता नहीं होती है और यह जांच किए गए हिस्से के विरूपण क्षेत्र को विकृत नहीं करता है।

और उनके नुकसान, जो कि तापमान संवेदनशीलता है, की भरपाई ज्यादातर मामलों में की जा सकती है।

कन्वर्टर्स के प्रकार और उनकी डिज़ाइन सुविधाएँ

तनाव गेज का संचालन विरूपण प्रभाव घटना पर आधारित होता है, जिसमें उनके यांत्रिक विरूपण के दौरान तारों के सक्रिय प्रतिरोध में परिवर्तन होता है। सामग्री के विरूपण प्रभाव की विशेषता सापेक्ष विरूपण संवेदनशीलता K का गुणांक है, जिसे कंडक्टर की लंबाई में परिवर्तन के प्रतिरोध में परिवर्तन के अनुपात के रूप में परिभाषित किया गया है:

के = एर / एल

जहां एर = डॉ / आर - कंडक्टर के प्रतिरोध में सापेक्ष परिवर्तन; ईएल = डीएल / एल - तार की लंबाई में सापेक्ष परिवर्तन।

ठोस पिंडों के विरूपण के दौरान, उनकी लंबाई में परिवर्तन आयतन में परिवर्तन के साथ जुड़ा होता है, और उनके गुण, विशेष रूप से, प्रतिरोध मान भी बदलते हैं। इसलिए, सामान्य मामले में संवेदनशीलता गुणांक का मान व्यक्त किया जाना चाहिए

के = (1 + 2μ) + मी

यहां, मात्रा (1 + 2μ) कंडक्टर के ज्यामितीय आयामों (लंबाई और क्रॉस-सेक्शन) में परिवर्तन के साथ जुड़े प्रतिरोध में परिवर्तन की विशेषता है, और - इसके भौतिक परिवर्तन से जुड़े सामग्री के प्रतिरोध में परिवर्तन गुण।

यदि टेंसर के उत्पादन में सेमीकंडक्टर सामग्री का उपयोग किया जाता है, तो संवेदनशीलता मुख्य रूप से इसके विरूपण और K »m के दौरान जाली सामग्री के गुणों में परिवर्तन से निर्धारित होती है और विभिन्न सामग्रियों के लिए 40 से 200 तक भिन्न हो सकती है।

सभी मौजूदा कन्वर्टर्स को तीन मुख्य प्रकारों में विभाजित किया जा सकता है:

- तार;

- पन्नी;

- एक फिल्म।

गैर-विद्युत मात्राओं को दो दिशाओं में मापने की तकनीक में वायर टेलीमीटर का उपयोग किया जाता है।

पहली दिशा वॉल्यूम संपीड़न की स्थिति में एक कंडक्टर के विरूपण प्रभाव का उपयोग है, जब ट्रांसड्यूसर का प्राकृतिक इनपुट मूल्य आसपास के गैस या तरल का दबाव होता है। इस मामले में, ट्रांसड्यूसर मापा दबाव (तरल या गैस) के क्षेत्र में रखे तार (आमतौर पर मैंगनीन) का एक तार है। कनवर्टर का आउटपुट मूल्य इसके सक्रिय प्रतिरोध में परिवर्तन है।

दूसरी दिशा तनाव-संवेदनशील सामग्री से बने तनाव तार के तनाव प्रभाव का उपयोग करना है। इस मामले में, वोल्टेज सेंसर का उपयोग "मुक्त" कन्वर्टर्स के रूप में और सरेस से जोड़ा हुआ के रूप में किया जाता है।

"फ्री" स्ट्रेन गेज एक या तारों की एक पंक्ति के रूप में बनाए जाते हैं, जो जंगम और अचल भागों के बीच सिरों पर तय होते हैं और, एक नियम के रूप में, एक साथ एक लोचदार तत्व की भूमिका निभाते हैं। ऐसे ट्रांसड्यूसर का प्राकृतिक इनपुट मूल्य गतिमान भाग की बहुत कम गति है।

सबसे सामान्य प्रकार के बॉन्डेड वायर स्ट्रेन गेज का उपकरण चित्र 2 में दिखाया गया है। 0.02-0.05 मिमी के व्यास वाला एक पतला तार, एक ज़िगज़ैग पैटर्न में रखा गया है, जो पतले कागज या लाह की पन्नी की एक पट्टी से चिपका हुआ है। लीडेड तांबे के तार तार के सिरों से जुड़े होते हैं। कनवर्टर के शीर्ष को वार्निश की एक परत के साथ कवर किया जाता है और कभी-कभी कागज या महसूस के साथ सील कर दिया जाता है।

ट्रांसड्यूसर आमतौर पर स्थापित किया जाता है ताकि इसका सबसे लंबा पक्ष मापा बल की दिशा में उन्मुख हो। ऐसा ट्रांसड्यूसर, परीक्षण नमूने से चिपका हुआ है, इसकी सतह परत के विकृतियों को समझता है। इस प्रकार, सरेस से जोड़ा हुआ ट्रांसड्यूसर का प्राकृतिक इनपुट मूल्य उस हिस्से की सतह परत का विरूपण है जिससे वह चिपका हुआ है, और आउटपुट इस विरूपण के आनुपातिक ट्रांसड्यूसर के प्रतिरोध में परिवर्तन है। आम तौर पर, सरेस से जोड़ा हुआ सेंसर गैर-चिपके हुए सेंसर की तुलना में बहुत अधिक बार उपयोग किया जाता है।

चित्रा 2 - बंधुआ तार तनाव गेज: 1 - तनाव गेज तार; 2- गोंद या सीमेंट; 3- सिलोफ़न या पेपर बैकिंग; 4-तार तार

ट्रांसड्यूसर का मापने का आधार तार द्वारा कब्जा किए गए हिस्से की लंबाई है। 30-500 ओम के प्रतिरोध के साथ सबसे अधिक इस्तेमाल किए जाने वाले ट्रांसड्यूसर 5-20 मिमी आधार हैं।

सबसे आम कंटूर स्ट्रेन गेज डिज़ाइन के अलावा, अन्य भी हैं। यदि ट्रांसड्यूसर के मापने के आधार (3 - 1 मिमी तक) को कम करना आवश्यक है, तो यह वाइंडिंग विधि द्वारा किया जाता है, जिसमें ट्यूब पर गोलाकार क्रॉस सेक्शन के मैंड्रेल पर लोड-सेंसिटिव वायर के सर्पिल को घुमावदार करना शामिल है। पतला कागज। इस ट्यूब को फिर चिपकाया जाता है, मैंड्रेल से निकाला जाता है, चपटा किया जाता है, और तारों को तार के सिरों से जोड़ा जाता है।

जब एक थर्मोकनवर्टर के साथ एक सर्किट से एक बड़ा करंट प्राप्त करना आवश्यक होता है, तो वे अक्सर "शक्तिशाली" स्ट्रेन गेज का उपयोग एक कुंडलित तार के साथ करते हैं... इनमें बड़ी संख्या में (30-50 तक) तार समानांतर में जुड़े होते हैं, भिन्न बड़े आकार में (आधार की लंबाई 150 - 200 मिमी) और कनवर्टर (चित्रा 3) के माध्यम से पारित वर्तमान में महत्वपूर्ण वृद्धि को सक्षम करें।

ड्राइंग 3- कम प्रतिरोध ("शक्तिशाली") के साथ टेनोमीटर: 1 — स्ट्रेन गेज वायर; 2- गोंद या सीमेंट; 3- सिलोफ़न या पेपर बैकिंग; 4 पिन तार

तार जांच में नमूना (सब्सट्रेट) के लिए एक छोटा सा संपर्क क्षेत्र होता है, जो उच्च तापमान पर रिसाव धाराओं को कम करता है और संवेदनशील तत्व और नमूने के बीच एक उच्च अलगाव वोल्टेज की ओर जाता है।

पन्नी लोड सेल चिपकने वाली लोड कोशिकाओं का सबसे लोकप्रिय संस्करण है। फ़ॉइल ट्रांसड्यूसर 4-12 माइक्रोन मोटी फ़ॉइल की एक पट्टी होती है, जिस पर धातु के एक हिस्से को नक़्क़ाशी करके इस तरह से चुना जाता है कि इसका बाकी हिस्सा चित्र 4 में दिखाए गए लीड ग्रिड का निर्माण करता है।

इस तरह के ग्रिड के उत्पादन में, ग्रिड के किसी भी पैटर्न का अनुमान लगाया जा सकता है, जो फ़ॉइल स्ट्रेन गेज का एक महत्वपूर्ण लाभ है। छवि 4 में, अंजीर में रैखिक तनाव राज्यों को मापने के लिए डिज़ाइन किए गए पन्नी ट्रांसड्यूसर की उपस्थिति को दर्शाता है। 4, सी - एक पन्नी ट्रांसड्यूसर शाफ्ट को टोक़ को मापने के लिए चिपकाया गया है, और अंजीर में। 4, बी - झिल्ली से चिपके।

ड्राइंग 4- फॉयल कन्वर्टर्स: 1- एडजस्टिंग लूप्स; 2-झिल्ली तन्यता बलों के प्रति संवेदनशील झुकता है; 3- डायाफ्राम के संपीड़ित बलों के प्रति संवेदनशील घुमाव

पन्नी कन्वर्टर्स का एक गंभीर लाभ कनवर्टर के सिरों के क्रॉस-सेक्शन को बढ़ाने की संभावना है; तारों की वेल्डिंग (या सोल्डरिंग) इस मामले में वायर कन्वर्टर्स की तुलना में बहुत अधिक मज़बूती से की जा सकती है।

तार वाले की तुलना में पन्नी के विकृतियों में संवेदनशील तत्व की सतह का क्रॉस-अनुभागीय क्षेत्र (संवेदनशीलता) का उच्च अनुपात होता है और महत्वपूर्ण तापमान और निरंतर भार पर अधिक स्थिर होता है। बड़े सतह क्षेत्र और छोटे क्रॉस-सेक्शन भी सेंसर और नमूने के बीच अच्छे तापमान संपर्क को सुनिश्चित करते हैं, जो सेंसर के स्व-हीटिंग को कम करता है।

फ़ॉइल स्ट्रेन गेज के उत्पादन के लिए, टेलीनोमीटर (कॉन्स्टेंटन, निक्रोम, निकल-लौह मिश्र धातु, आदि) के लिए समान धातुओं का उपयोग किया जाता है, और अन्य सामग्रियों का भी उपयोग किया जाता है, उदाहरण के लिए, टाइटेनियम-एल्यूमीनियम मिश्र धातु 48T-2, जो मापता है 12% तक तनाव, साथ ही कई अर्धचालक सामग्री।

फिल्म टेंसर

हाल के वर्षों में, बंधुआ प्रतिरोध उपभेदों के बड़े पैमाने पर उत्पादन के लिए एक और तरीका सामने आया है, जिसमें एक तनाव-संवेदनशील सामग्री के वैक्यूम उच्च बनाने की क्रिया और वर्कपीस पर सीधे स्प्रे किए गए सब्सट्रेट पर इसके बाद के संघनन शामिल हैं। ऐसे ट्रांसड्यूसर को फिल्म ट्रांसड्यूसर कहा जाता है। उच्च तापमान पर डायनेमिक मोड में स्ट्रेन को मापते समय ऐसे स्ट्रेन गेज (15-30 माइक्रोन) की छोटी मोटाई एक महत्वपूर्ण लाभ देती है, जहां स्ट्रेन मापन अनुसंधान का एक विशेष क्षेत्र है।

बिस्मथ, टाइटेनियम, सिलिकॉन या जर्मेनियम पर आधारित कई फिल्म तनाव गेज एकल प्रवाहकीय पट्टी (चित्र 5) के रूप में बनाए गए हैं।इस तरह के ट्रांसड्यूसर में उस सामग्री की संवेदनशीलता की तुलना में ट्रांसड्यूसर की सापेक्ष संवेदनशीलता को कम करने का नुकसान नहीं होता है जिससे ट्रांसड्यूसर बनाया जाता है।

चित्र 5- फिल्म स्ट्रेन गेज: 1- स्ट्रेन गेज फिल्म; 2- लाह की पन्नी; 3-पिन तार

धातु फिल्म-आधारित ट्रांसड्यूसर का तनाव गेज गुणांक 2-4 है, और इसका प्रतिरोध 100 से 1000 ओम तक भिन्न होता है। अर्धचालक फिल्म के आधार पर बने ट्रांसड्यूसर में 50-200 के क्रम का गुणांक होता है और इसलिए यह लागू वोल्टेज के प्रति अधिक संवेदनशील होता है। इस मामले में, एम्पलीफायर सर्किट का उपयोग करने की कोई आवश्यकता नहीं है, क्योंकि अर्धचालक तनाव-प्रतिरोधक पुल का आउटपुट वोल्टेज लगभग 1 वी है।

दुर्भाग्य से, अर्धचालक कनवर्टर का प्रतिरोध लागू वोल्टेज के साथ भिन्न होता है और अनिवार्य रूप से पूरे वोल्टेज रेंज पर गैर-रैखिक होता है, और अत्यधिक तापमान पर निर्भर भी होता है। इस प्रकार, हालांकि धातु फिल्म डिफॉर्मर के साथ काम करते समय एक एम्पलीफायर की आवश्यकता होती है, रैखिकता बहुत अधिक होती है और तापमान प्रभाव को आसानी से मुआवजा दिया जा सकता है।