Rekstrookjes zijn apparaten die de gemeten elastische vervorming van een vast lichaam omzetten in een elektrisch signaal. Dit gebeurt door een verandering in de weerstand van de sensorgeleider wanneer de geometrische afmetingen veranderen van spanning of compressie.
Rekstrook: werkingsprincipe
Het belangrijkste element van het apparaat is een rekstrookje gemonteerd op een elastische structuur. Rekstrookjes worden gekalibreerd door stapsgewijs te laden met een bepaalde toenemende kracht en de grootte van de elektrische weerstand te meten. Door het vervolgens te wijzigen, is het mogelijk om de waarden van de toegepaste onbekende belasting en de daarmee evenredige rek te bepalen.
Afhankelijk van het type sensoren, kunt u meten:
- kracht;
- druk;
- verplaatsen;
- koppel;
- versnelling.
Zelfs met het meest complexe laadschema van de constructie, de actie ophet rekstrookje wordt gereduceerd tot het uitrekken of samendrukken van het rooster langs een lange sectie die de basis wordt genoemd.
Welke rekstrookjes worden gebruikt
De meest voorkomende soorten rekstrookjes met een verandering in actieve weerstand onder mechanische actie - rekstrookjes.
Draad rekstrookjes
Het eenvoudigste voorbeeld is een recht stuk dunne draad, dat aan het onderzochte onderdeel is bevestigd. Zijn weerstand is: r=pL/s, waarbij p de soortelijke weerstand is, L de lengte, s de oppervlakte van de dwarsdoorsnede.
Samen met het onderdeel wordt de gelijmde draad elastisch vervormd. Tegelijkertijd veranderen de geometrische afmetingen. Wanneer gecomprimeerd, neemt de doorsnede van de geleider toe en wanneer deze wordt uitgerekt, neemt deze af. Daarom verandert de verandering in weerstand van teken afhankelijk van de richting van vervorming. Het kenmerk is lineair.
De lage gevoeligheid van de rekstrookje leidde tot de noodzaak om de lengte van de draad in een klein meetgebied te vergroten. Om dit te doen, is het gemaakt in de vorm van een spiraal (rooster) van draad, aan beide zijden gelijmd met isolatieplaten van een film van vernis of papier. Voor aansluiting op het elektrische circuit is het apparaat uitgerust met twee koperen aansluitdraden. Ze zijn gelast of gesoldeerd aan de uiteinden van de opgerolde draad en zijn sterk genoeg om aan te sluiten op een elektrisch circuit. De rekstrookje wordt met lijm aan het elastische element of het te testen onderdeel bevestigd.
Draad loadcellen hebben de volgende voordelen:
- eenvoudig ontwerp;
- lineaire afhankelijkheid van spanning;
- klein formaat;
- lage prijs.
Nadelen zijn onder meer lage gevoeligheid, invloed van omgevingstemperatuur, de noodzaak van bescherming tegen vocht, alleen gebruiken op het gebied van elastische vervormingen.
De draad zal vervormen wanneer de hechtkracht van de lijm erop veel groter is dan de kracht die nodig is om hem uit te rekken. De verhouding van het hechtoppervlak tot het dwarsdoorsnede-oppervlak moet 160 tot 200 zijn, wat overeenkomt met de diameter van 0,02-0,025 mm. Het kan worden vergroot tot 0,05 mm. Tijdens normaal gebruik van de rekstrook zal de lijmlaag dan niet worden vernietigd. Bovendien werkt de sensor goed in compressie, omdat de draadstrengen integraal zijn met de zelfklevende film en het onderdeel.
Foil Load Cells
De parameters en het werkingsprincipe van de folie-loadcel zijn dezelfde als die van de draad. Het enige materiaal is nichroom-, constantaan- of titanium-aluminiumfolie. De productietechnologie voor fotolithografie maakt het mogelijk een complexe roosterconfiguratie te verkrijgen en het proces te automatiseren.
Vergeleken met rekstrookjes met draad zijn rekstrookjes met folie gevoeliger, voeren ze meer stroom, brengen ze beter spanning over, hebben ze sterkere leidingen en hebben ze een complexer patroon.
Halfgeleider loadcellen
De gevoeligheid van de sensoren is ongeveer 100 keer hoger dan de draadsensoren, waardoor ze vaak zonder versterkers kunnen worden gebruikt. De nadelen zijn broosheid, hoge afhankelijkheid van de omgevingstemperatuur en aanzienlijkparameterspreiding.
Specificaties rekstrookjes
- Basis - de lengte van de netgeleider (0,2-150 mm).
- Nominale weerstand R - actieve weerstandswaarde (10-1000 Ohm).
- Werkstroom Ip - stroom waarbij de rekstrookje niet merkbaar warm wordt. Bij oververhitting veranderen de eigenschappen van de materialen van het sensorelement, de basis en de kleeflaag, waardoor de meetwaarden worden vervormd.
- Strain factor: s=(∆R/R)/(∆L/L), waarbij R en L respectievelijk de elektrische weerstand en de lengte van de onbelaste sensor zijn; ∆R en ∆L - verandering in weerstand en vervorming door externe kracht. Voor verschillende materialen kan deze positief zijn (R neemt toe met spanning) en negatief (R neemt toe met compressie). De waarde van s voor verschillende metalen varieert van -12,6 tot +6.
Schema's voor het inschakelen van rekstrookjes
Om kleine elektrische signalen te meten, is de beste optie een brugverbinding, met in het midden een voltmeter. Het eenvoudigste voorbeeld zou een rekstrookje zijn, waarvan het circuit is samengesteld volgens het principe van een elektrische brug, in een van de armen waarmee het is verbonden. De onbelaste weerstand zal hetzelfde zijn als de rest van de weerstanden. In dit geval zal het apparaat nulspanning weergeven.
Het werkingsprincipe van een rekstrookje is om de waarde van zijn weerstand te verhogen of te verlagen, afhankelijk van of de krachten druk- of trekkrachten zijn.
De temperatuur van de rekstrookje heeft een significant effect op de nauwkeurigheid van de metingen. Als een vergelijkbare trekweerstand is opgenomen in de andere arm van de brug, die niet wordt belast, zal deze de functie vervullen van compensatie voor thermische effecten.
Het meetcircuit moet ook rekening houden met de waarden van de elektrische weerstand van de draden die op de weerstand zijn aangesloten. Hun invloed wordt verminderd door een andere draad toe te voegen die is aangesloten op een van de pinnen van de spanningsmeter en de voltmeter.
Als beide sensoren zodanig op het elastische element worden gelijmd dat hun belastingen in teken verschillen, wordt het signaal 2 keer versterkt. Als er vier sensoren in het circuit zijn met belastingen aangegeven door pijlen in het bovenstaande diagram, zal de gevoeligheid aanzienlijk toenemen. Met deze aansluiting van draad- of folie-rekstrookjes geeft een conventionele microampèremeter metingen zonder een elektrische signaalversterker. Het is belangrijk om de weerstandswaarden nauwkeurig te selecteren met behulp van een multimeter, zodat ze in elke arm van de elektrische brug gelijk zijn aan elkaar.
Toepassing van rekstrookjes in de techniek
- Onderdeel van het ontwerp van de weegschaal: bij het wegen wordt het sensorlichaam elastisch vervormd, en daarmee de daaraan vastgelijmde rekstrookjes, verbonden in een circuit. Het elektrische signaal wordt naar de meter verzonden.
- Bewaking van de spanning-rektoestand van bouwconstructies en technische constructies tijdens hun constructie en gebruik.
- Rekstrookjes voor het meten van vervormingskrachten tijdens bewerkingmetaaldruk bij walserijen en stempelpersen.
- Hoge temperatuursensoren voor staal en andere industrieën.
- Meetsensoren met roestvrijstalen elastisch element voor gebruik in chemisch agressieve omgevingen.
Standaard rekstrookjes zijn gemaakt in de vorm van ringen, kolommen, eenvoudige of dubbelzijdige balken, S-vormig. Voor alle constructies is het belangrijk dat de kracht in één richting wordt uitgeoefend: van boven naar beneden of omgekeerd. Onder zware bedrijfsomstandigheden maken speciale ontwerpen het mogelijk om de werking van parasitaire krachten te elimineren. Hun prijzen hangen hier grotendeels van af.
Voor rekstrookjes varieert de prijs van honderden roebels tot honderdduizenden. Veel hangt af van de fabrikant, het ontwerp, de materialen, de fabricagetechnologie, de waarden van de gemeten parameters, aanvullende elektronische apparatuur. Voor het grootste deel zijn het componenten van verschillende soorten schalen.
Conclusie
Het werkingsprincipe van alle rekstrookjes is gebaseerd op de transformatie van de vervorming van het elastische element in een elektrisch signaal. Voor verschillende doeleinden zijn er verschillende sensorontwerpen. Bij het kiezen van rekstrookjes is het belangrijk om te bepalen of de circuits compensatie hebben voor vervormende temperatuurmetingen en parasitaire mechanische invloeden.
