Датчики деформации: Как работают датчики деформации?

Как работают датчики деформации?

Тем не менее что же такое напряжение?

«Вы чувствуете напряжение? Напряги все силы! Не напрягайся!» В быту мы применяем эти понятия, закладывая в них иной смысл, нежели их принято применять в науке. Более того, это понятие оказалось настолько универсальным, что несколько разделов науки с удовольствием оперирует термином «напряжение». Оно может быть электрическим и измеряется в вольтах, а может быть механическим. Именно механическому напряжению посвящена данная статья.

Напряжение – это измерение того, какое внутреннее давление создается в материале, когда на него действует внешняя сила. Чем больше сила или меньше площадь, на которую она действует, тем больше вероятность того, что материал будет деформироваться (менять форму). Подобно давлению, мы измеряем напряжение путем деления силы, действующей на определенную область, на площадь этой определенной области, поэтому напряжение = сила / площадь.
Деформация — это то, что происходит в результате напряжения.

Если материал подвергается воздействию силы, он часто меняет форму и становится немного длиннее (при растяжении) или короче (при сжатии). Деформация определяется как изменение длины (размера), вследствие воздействия силы, деленное на исходную длину (размер) материала. Поэтому, если вы потянете кусок резины длиной 10 см, и он растянется еще на 1 см и станет длиной 11 см, деформация составит 0,1.

Фото: этот лабораторный стенд предназначен для проверки прочности материала путем его разрыва. Тензометрические датчики, прикрепленные к материалу (в данном случае это алюминиевый цилиндрический образец), позволяют ученым изучать напряжения в материале и изменения при его деформации.

Напряжение материалов

Различные материалы ведут себя очень по-разному при одинаковом напряжении. Если вы натяните резиновый жгут, он соответственно растянется, перестанете тянут – жгут вернется к своей исходной длине. Когда материалы возвращаются к своей первоначальной форме и размеру после снятия усилия, мы говорим, что они претерпели упругую деформацию.

Так ведут себя многие материалы, включая резину, некоторые пластмассы и многие металлы (которые, как вы, возможно, удивитесь, совершенно упруги при воздействии малых усилий). В конце концов, упругие материалы достигают точки, когда они не могут справиться с дополнительным напряжением и растягиваются постоянно. Такое изменение называется пластичной деформацией. Обратите внимание, что правильное значение пластика — это то, что сравнительно легко меняет форму. Вот почему пластмассы называют пластмассами: при изготовлении они легко формуются в разные формы.

Если вы инженер, то напряжения и деформации невероятно важны. При разработке чего-либо от автомобильного двигателя до моста, от ветряной мельницы до крыла самолета, вы знаете, что оно будет подвержено воздействию некоторых, порой довольно больших, сил. Могут ли материалы, которые вы планируете использовать, противостоять этим силам? Будут ли они незначительно упруго деформироваться и безопасно возвращаться к своей первоначальной форме и размеру? Будут ли они разрушаться после повторяющихся деформаций в следствие такого процесса, как, например, усталость металла (когда повторяющаяся деформация приводит к ослаблению металла и его внезапному разрыву).

Вам нужно использовать что-то более упругое, чтобы обеспечить безопасность? А как это узнать? Вы можете сделать свои расчеты в лаборатории и попытаться выяснить это заранее. Вы даже можете создать сложные компьютерные/математические модели этого процесса. Тем не менее, только натурные испытания позволят вам проверить свои вычисления на предмет наличия ошибок, учесть ранее неучтенные факторы, применить не гипотетические образцы, а реальные вышедшие из реального производства. Надежный способ получить ответ о том, как материалы справляются с реальным напряжением — это использовать тензорезисторы, которые позволяют измерить даже самые незначительные изменения (за счет своей «аналоговости» они имеют практически бесконечную чувствительность).

Тензорезистором можно назвать датчик, который преобразует собственную деформацию в изменение собственных электрических характеристик, а поскольку его собственная деформация практически равна поверхностной деформации испытуемого материала, то можно сказать так: тензорезистор – это датчик, преобразующий поверхностную деформацию испытуемого материала в изменение собственных электрических характеристик.  

Фото: Тензометрическая колесная пара для проведения натурных испытаний. Фото предоставлено одним из ведущих предприятий разработки и испытаний ж/д техники – ТИЦ ЖТ.

Однако путь к тензорезисторам был долог и сложен. Было предпринято множество способов измерения деформации, одни из которых применяются до сих пор. Рассмотрим это ниже.

Типы датчиков деформации

Существует пять основных типов датчиков деформации: механические, гидравлические, электрические, оптические и пьезоэлектрические. Давайте рассмотрим и сравним, как они работают.

Механические

Предположим, образовалась трещина в стене дома из-за проседания грунта и необходимо проверить, развивается ли эта трещина. Позвоним специалистам, и они, вероятно, приклеят кусок твердой плексигласовой пластмассы с линиями и шкалой прямо над трещиной, иногда называемый как трещинный монитор или пластинчатый маяк.

При внимательном его рассмотрении вы обнаружите, что он фактически состоит из двух отдельных пластиковых слоев: один слой имеет линейчатую шкалу, а другой слой имеет стрелку или указатель. Вы приклеиваете один слой к одной стороне трещины и один слой к другой, чтобы, когда трещина открывалась, слои очень медленно скользили друг за другом, и вы могли видеть указатель, перемещающийся по шкале. В зависимости от того, как быстро развивается трещина, вы понимаете насколько быстро это проблему нужно решить!

Фото: Пластинчатый маяк (изображение взято из интернет по следующему адресу: https://zishop.toist.ru/nabor/nabor-monitoring-treshin-lajt/)

Некоторые подобные механические датчики еще более грубые, чем этот. Просто прикрепляется кусок пластика или стекла через трещину и ожидаем, когда он разрушится при развитии трещины.

Существует огромное количество механических датчиков (экстензометров, прогибомеров, клинометров, сдвигомеров, тензометров и т.

п.) Наиболее совершенным и распространённым механическим датчиком деформации является рычажный тензометр Гугенбергера. Подробно останавливаться на них не будем.

Схема: рычажный тензометр Гугенбергера

Гидравлические

Одной из проблем с датчиками деформации является обнаружение очень малых деформаций. Например, вы можете представить себе ситуацию, когда здание медленно движется, но это движение настолько мало, что оно не проявляется, возможно, пока не появятся видимые признаки – трещины, провалы земли, видимые наклоны. Для простого датчика трещин, такого как описанные выше, требуется 1 мм движения здания, чтобы произвести 1 мм движения на поверхности датчика трещин. При этом достаточно тяжело определить точку, к которой нужно прикрепить такой тензометр. Но что, если мы хотим обнаружить наименьшие движения, которые не проявляются в масштабе? В этом случае нам действительно нужен датчик с рычагом, который усиливает деформацию, поэтому даже незначительное движение элемента вызывает очень большое и легко измеряемое движение указателя по шкале (как это было реализовано в рычажном тензометре Гугенбергера).

Эту проблему попытались решить с помощью гидравлических датчиков деформации.

Гидравлические датчики деформации по сути работают так же, как простые шприцы. Шприцы — это, по сути, гидравлические поршни, в которых небольшое движение жидкости в большом поршне (та часть, на которую вы нажимаете пальцем) вызывает гораздо большее движение жидкости в небольшом поршне, прикрепленном к нему (игла, из которой выходит жидкость). Легко предположить, как это можно использовать в датчике деформации: вы просто подключаете свой большой поршень к тому, что он производит, и используете меньший поршень в трубке меньшего размера, помеченной шкалой, чтобы узнать, сколько произошло движения. Относительный размер поршней определяет, насколько увеличено движение, которое вы пытаетесь обнаружить. Как правило, гидравлические датчики, подобные этому, умножают движение примерно в 10 раз и обычно используются в геологии.

Простой пример гидравлического датчика деформации. Напряжение, которое вы хотите измерить, давит на зеленую кнопку (вверху слева). Это приводит в движение большой широкий поршень (желтый, 55) в гидравлический цилиндр (красный, 56), выталкивая захваченную жидкость (синего цвета, 57) через узкую трубу. Это гидравлический принцип в действии: малые движения зеленой кнопки и желтого поршня увеличиваются в гораздо большие движения за счет узости трубки. Жидкость течет в свернутую трубку Бурдона (оранжевая, 83), которая раскручивается в зависимости от давления внутри нее, натягивая рычажный механизм (темно-синий, 84, 85), изменяя перекрытие между двумя индукционными катушками так, что они отправляют электрический ток в цепь. Таким образом, сила нажатия на зеленую кнопку преобразуется в измеримый электрический сигнал (из патента США 2,600,453: способ и устройство для управления теплом в процессах горячей обработки. Автор RichardWeingart. 17 июня 1952 года).

Тензорезисторы (за счет изменения электрического сопротивления)

Если вы проектируете что-то вроде крыла самолета, как правило, вам нужно проводить гораздо более сложные измерения, чем позволяет простой механический датчик деформации, тем более что усилие имеет разное направление и огромную частоту. Возможно, вы захотите измерить напряжение во время взлета, например, когда двигатели производят максимальную тягу. Вы не можете прикрепить маленькие пластиковые тензодатчики к крылу и выходить, чтобы измерить их во время полета, но вы можете использовать тензорезисторы, чтобы сделать то же самое с помощью регистратора в салоне самолета.

Наиболее распространенные электрические датчики деформации — тензорезисторы — это тонкие прямоугольные полоски фольги с лабиринтными схемами разводки, которые ведут к паре электрических кабелей. Вы прикрепляете фольгу к материалу, который хотите измерить, и подключаете кабели к контрольной цепи. Когда материал, который вы испытываете, напряжен, фольга гнется, и проволока либо растягивается (так что становится немного тоньше), либо сжимается (поэтому становится чуть толще). Изменение толщины(площади сечения) металлической фольги/провода изменяет его электрическое сопротивление, потому что электронам труднее переносить электрический ток по более узким проводам. Таким образом, все, что вам нужно сделать, это измерить сопротивление (обычно используя мост Уитстона), и, с небольшим количеством соответствующего преобразования, вы можете рассчитать деформацию. Если задействованные силы невелики, деформация будет упругой, и тензодатчик в конечном итоге вернется к своей первоначальной форме, так что вы сможете продолжать проводить измерения в течение определенного периода времени, например, во время испытательного полета самолета-прототипа.

Подобные тензометрические датчики были изобретены в 1938 году профессором Массачусетского технологического института Артуром Руге (1905–2000 гг.) для помощи в обнаружении землетрясений.

Фото: крупный план двух электрических датчиков деформации — тензорезисторов. На подложке из фольги хорошо видны узоры, похожие на лабиринты. Они изменяют форму, вызывая изменение сопротивления проводов, когда фольга изгибается под действием напряжения.

Рисунок: справа: иллюстрация оригинального тензорезистора Артура Руге из патента США, который он подал в сентябре 1939 года. Он состоит из проводящей металлической нити (желтого цвета), натянутой между парой гребнеобразных опор (синего цвета) и подключен к контактам (красный), которые могут быть подключены к цепи. По мере того как напряжение изменяется, нить деформируется, а ее сопротивление увеличивается или падает. Измерение сопротивления — это способ косвенного измерения напряжения. Датчик содержит вторую аналогичную нить (оранжевую), которую можно использовать для компенсации любых изменений сопротивления, вызванных исключительно изменениями температуры. Идея состоит в том, чтобы выбрать разные материалы для двух нитей, чтобы их температурные изменения не влияли друг на друга. Руге изготавливал свои нити из чувствительных к деформации сплавов, таких как Advance (медь-никель) и нихром (никель-хром). (Из патента США 2,350,972: тензорезистор, автор Arthur C. Ruge, 6 июня 1944 г.)

Тензорезисторы в настоящее время являются основой науки изучения деформаций. Большинство датчиков силы, веса, крутящего момента, давления, перемещения и ускорения (акселерометры) созданы на их основе.

Оптические датчики деформации

Некоторые материалы меняют свои оптические свойства (светопропускание или отражение), когда они напряжены и деформированы, например, стекло и пластик. Хотя стекло является удивительно полезным и универсальным материалом, оно хрупкое и потенциально очень опасно: если оно слишком сильно деформировано, оно может внезапно расколоться или разбиться. Это может быть реальной проблемой при использовании его в чём-то вроде лобового стекла автомобиля или иллюминаторов самолета. Один из способов обнаружения деформации в стекле — направить на него под углом поляризованный свет. Часть света будет отражена, а часть будет пропущена. Относительное количество проходящего и отраженного света будет меняться в зависимости от того, насколько сильно деформировано стекло. Измеряя количество отраженного света, мы можем точно измерить нагрузку на стекло.

Рисунок: Оптический тензодатчик, видимый сбоку (сверху) и сверху (снизу), работает аналогично устройству, называемому полярископом (или поляриметром). Он сделан из двух полых трубок (серый 1,2), расположенных под углом к стеклу (зеленый). Мощный источник (синий, 6) направляет сфокусированный луч (желтый) на стекло через поляризационный фильтр (красный, 8). В зависимости от того, является ли стекло деформированным, и насколько деформированным, свет отражается от поверхности стекла через второй фильтр (оранжевый, 9) и попадает на фотоэлемент (фиолетовый, 14). Он, в свою очередь, преобразует свет в электрический сигнал, заставляя стрелку в амперметре подниматься или опускаться (темно-синий, 15). Чем выше напряжение в стекле, тем больше света отражается и тем выше показания амперметра. (Из патента США 2119577: тензометрический датчик и метод измерения деформации в стекле, СэмюэльМакК. Грей, 7 июня 1938 года)

Вместе с тем, указанное выше решение не нашло широкого применения. Ему на смену пришел иной принцип использования света при изучении степени деформации.

Волоконно-оптические датчики деформации (ВОДД), ставшие развитием оптического типа датчиков деформации, обычно принадлежат к двум основным типам: ВОДД на решётках Брэгга и ВОДД на интерферометре Фабри-Перро. Вторые не получили широкого признания, но вот созданные на основе волоконной брэгговской решетка (ВБР), являются современным примером поиска замены ставшим классическими тензорезисторам сопротивления. Но стоимость такого решения всё ещё в разы дороже применения тензорезисторов, оно ограничено по частоте опроса/сбора данных и имеет ряд других особенностей.

Вопросу применения ВОДД на решётках Брэгга посвятим отдельный текст.

Пьезоэлектрические датчики деформации

Некоторые типы материалов, в том числе кристаллы кварца и различные типы керамики, являются эффективными «естественными» тензометрами. Если вы прикладываете к ним усилие, они создают крошечные электрические напряжения между их противоположными сторонами. Это явление называется пьезоэлектричеством и, вероятно, наиболее известно как способ генерирования сигнала хронометража в кварцевых часах. Измерьте напряжение с пьезоэлектрического датчика, и вы можете просто рассчитать деформацию. Пьезоэлектрические тензометрические датчики являются одними из наиболее чувствительных (примерно в 1000 раз больше, чем у более простых типов) и надежными и могут выдерживать годы многократного использования (вы иногда будете встречать их как«пьезоэлектрические преобразователи», потому что они преобразуют механическую энергию в электрическую).

Изображение: Как работает пьезоэлектрический тензодатчик. Прикрепите его к тестируемому объекту, который может быть простым стальным бруском (серый, 1). Датчик представляет собой плоский кристалл (синий, 3), с двумя параллельными поверхностями, на которых закреплены электроды (красного и оранжевого цвета, 4 и 5), прикрепленные к контактам (желтый, 6 и 7), которые замыкаются на внешнюю цепь – систему сбора данных. Нижняя поверхность кристалла (красного цвета) очень прочно связана цементом (8) с тестируемым образцом. По мере того как образец деформируется, кристалл также деформируется, генерируя небольшое напряжение между его верхней и нижней гранями при изменении его формы. Чем больше напряжение, тем больше деформация, поэтому измерение электрического напряжения является очень точным способом измерения механического напряжения (из патента США 2,558,563: пьезоэлектрический тензодатчик, автор WilliamJanssen, GeneralElectric, 26 июня 1951 г.).

Существует большое количество других типов датчиков деформации: акустических, тепловых, электромагнитных, рентгеновских и т.д. Но они не нашли широкого применения и не оставили в заметный след в истории вопроса.

Тензорезисторы в настоящее время представляют собой наиболее распространённый тип датчиков деформации.

На нашем сайте вы можете купить (заказать) тензорезисторы от японской компании TML, одного из лидеров в производстве тензорезисторов в мире.

Материалы для данной статьи взяты из источника по адресу: https://www.explainthatstuff.com/straingauge.html[Woodford, Chris. (2009/2015) Strain gauges. Retrieved from https://www.explainthatstuff.com/straingauge.html. Last updated: February 27, 2019. Доступ 19.04.2019)] 

Тензодатчик деформации TMG, датчик измерения деформации

Описание товара

Цифровой тензометрический датчик деформации TMG является средством измерения напряжений растяжения/сжатия в составе системы мониторинга строительных конструкций. Датчики деформации имеют цифровой выход RS-485. Электронный блок датчика находится в непосредственной близости от чувствительного элемента, преобразует аналоговый тензометрический сигнал мостовой схемы в цифровой сигнал, передаваемый по линии RS-485.

Цифровой выход позволяет организовывать последовательные цифровые измерительные цепи, состоящие из нескольких датчиков деформации на расстояния до 800 метров.

Благодаря своей конструкцией при растяжении/сжатии, чувствительный элемент работает на изгиб, что значительно улучшает чувствительность и повторяемость.

Датчики деформации строительных конструкций предназначены для измерения растяжения и сжатия стали и бетона в режиме непрерывного мониторинга в системах СМИК.

Цифровые тензометрические датчики деформации TMG монтируются на поверхность объекта измерений точечной сваркой или при помощи анкерных болтов на бетон. Будучи жестко смонтированным на поверхность объекта мониторинга, тензодатчик деформации TMG (датчик механических напряжений, датчик растяжения-сжатия) измеряет его деформацию и является элементом системы мониторинга напряженно-деформированного состояния строительных конструкций.

1. Руководство по эксплуатации TMG-D01

Область применения датчиков
– длительные измерение относительной деформации и напряжения в сваях, подпорных стенках, колоннах, опор и стенках стенках резервуаров и других элементах строительных строительных конструкций
– диагностический контроль состояния конструкций зданий и сооружений при их строительстве и эксплуатации
– мониторинг напряженно-деформированного состояния строительных конструкций
– весоизмерительный элемент резервуаров и емкостей большого объема

Особенности исполнения

– исполнение IP31
– возможность монтажа на металл и бетонные поверхности
– малые габариты
– выполнен из высоколегированной инструментальной стали
– поставка датчиков с защитным кожухом
– встроенный датчик температуры с выходом по напряжению
– индивидуальная калибровка каждого датчика
– цифровой выход RS-485
– длина линии до 800м.

Технические характеристики:

Способ установки	Поверхностный: сварка/ анкер
Диапазон измерений относительной деформации, мкм/м	±1000
Основная приведенной погрешность к диапазону измерений относительной деформации, % от диапазона	1
Рабочий коэффициент передачи при номинальной нагрузке (РКП), мВ/В	1.8 (±0,5)
Измерительная база, мм	76,2
Дрейф нулевого сигнала, % от диапазона	1
Нелинейность выходного сигнала, % от диапазона*	1
Гистерезис выходного сигнала, % от диапазона	1
Цифровой выход	RS-485
Скорость обмена, бит/c	9600
Кол-во датчиков на линии, шт.	До 20
Длина  цифровой линии, м	До 800
Восстанавливающая сила, Н	1000
Длина измерительной базы, мм	76,2
Рабочий температурный диапазон, °С	от -10 до +65
Степень защиты в соответствии с ГОСТ 14254-2015	IP31
Устойчивость к температурным воздействиям, °С	от −50 до +65
Габаритные размеры (длина × ширина × высота), мм	89×25,4×8,4

* Расчет измеренной относительной деформации (мкм/м) производить по формуле полинома третьей степени

где

K1, K2 и K3 –значения коэффициентов преобразования, указанные в паспорте на датчик;

∆U/U – измеренные значения напряжения выходного сигнала датчика, относительно напряжения питания, мВ/В

Информация для заказа:

TMG-01-M	Тензометрический датчик деформации с комплектом крепления для установки на металл. Выход тензометрический мост 350Ом, IP31
TMG-01-C	Тензометрический датчик деформации с комплектом крепления для установки на бетон. Выход тензометрический мост 350Ом, IP31
TMG-D01-M	Тензометрический датчик деформации с комплектом крепления для установки на металл. Цифровой выход RS-485, IP31,  Поддержка ModBus
TMG-D01-C	Тензометрический датчик деформации с комплектом крепления для установки на бетон. Цифровой выход RS-485, IP31, Поддержка ModBus
TMG-D01-EC	Тензометрический датчик деформации растяжения-сжатия в бетоне. Установка погружением. Цифровой выход RS-485,  Поддержка ModBus

 

Датчики деформации Серия 460, тензодатчики, тензорезисторы

Компания Datum Electronics предлагает два вида многоэлементных датчиков нагрузки для установки на болтах, которые были разработаны с целью создания контактного и прочного датчика со всеми возможностями сложной тензометрической установки.

Они были созданы в целях измерения растяжения / сжатия от 50 до 1100 относительной деформации.

Эти устройства были созданы для измерения сжимающего и растягивающего напряжения и они могут использоваться для автомобилей, строительных конструкций, силосов, дозаторов и специальных механизмах.

Описание
Наши датчики деформации, крепящиеся на болтах, просты в установке и не требуют проводных соединений или пайки. Их практичная прочная конструкция позволяет работать в любых средах, при любой погоде и даже под водой, если это необходимо. Датчики имеют уровень пылеводозащищённости IP68 и являются универсальными устройствами для точной индикации деформации независимо от области применения и среды. Все датчики были предварительно протестированы и проверены при конечной сборке, что гарантирует их надежность и качество.

Основные отличия
Использование последних технологий и принципов работы тензометров обеспечивает получение точных и надежных данных даже в самых агрессивных средах. Датчики полностью совместимы со всей нашей линейкой индикаторов нагрузки и деформации и усилителей, позволяя Вам использовать параллельно любые устройства нашей компании. Прямая последовательная связь с ПК или аналоговый ввод данных в журнал или ПЛК – это варианты, из которых Вы можете свободно выбирать. Датчик деформации, крепящийся на болтах, серии 460 – это не только важнейший прибор для измерения относительной деформации, но и неотъемлемая часть системы мониторинга деформации.

Датчик деформации с 2 отверстиями Серии 460 Стандартный датчик с 2 отверстиями может быть прикреплен болтами непосредственно к нужной конструкции практически в любой установке и любой среде. Мы рекомендуем крепить его к структуре, которая, как минимум, в 10 раз превосходит датчик по размерам, чтобы обеспечить максимальную точность и надежность измерений.

Датчик деформации с 3 отверстиями Датчик с 3 отверстиями представляет собой уникальную конструкцию и учитывает температурный эффект на изгиб и деформацию, чем обеспечивается гораздо более надежная индикация деформации, по сравнению с датчиком с 2 отверстиями. Когда внешняя температура системы колеблется, датчик, прикрепленный болтами, компенсирует эти колебания и учитывает эту разницу при измерении деформации в системе. Высокая чувствительность к изменению температуры делает эти сенсоры полезным и экономичным средством измерения деформации.

Технические данные

Модель F9302 Датчик деформации до 1000 μe — F9302

Датчик деформации описание Датчик деформации предназначен для применений, в которых необходимо измерять деформации, вызванные внешними силами, воздействующими на уже существующие массивные элементы конструкции. Датчик деформации просто навинчивается на соответствующую деталь. После калибровки прибор приобретает свойства датчика силы, в котором деформация детали передается к датчику деформации за счет трения. Благодаря описанным ранее вариантам монтажа и низким требованиям к свободному пространству датчик деформации становится универсальным, эксплуатационно гибким датчиком для управления силой и нагрузкой. Примером использования служат большие станки и крупные стальные конструкции с высокими нагрузками. Также обстоит дело и в машиностроении для машин для тиснения и печатных станков. Датчик деформации подходит для использования в конструкциях со значением растяжения или сжатия макс. 1,0 ‰ и обеспечивает суммарную погрешность измерительного прибора 2 % от полного диапазона измерения. Для крепления прибора к области конструкции, в которой происходит значительное удлинение, используются два винта. Датчик деформации имеет встроенный усилитель. Общая деформация детали конструкции / датчика деформации легко поддается калибровке с помощью сигналов управления. Основным элементом датчика деформации модели F9302 является пленочный датчик толщиной 7 мм.  Это тонкопленочный сенсор с мостовой схемой Уитстона с температурой компенсацией, установленный в очень ограниченное пространство. Датчик деформацииудовлетворяет требования стандарта EN 61326 к электромагнитной совместимости (ЭМС). Цифровой программируемый усилитель позволяет выполнить предварительную регулировку на заводе-изготовителе в соответствии с требованиями конкретного применения. При необходимости можно заказать прибор с возможностью выбора диапазона измерения. Датчик деформации может использоваться как для статических, так и для динамических измерений. Запросить цену

Датчики деформации и экстензометры

Зачем нужны измерения малых деформаций? 

Последние работы продемонстрировали довольно удивительное открытие, грунт может быть таким же хрупким, как и горная скальная порода. В этой связи особенно важно изучение физико-механических свойств материала на уровнях деформации сдвига менее 0,05%. В самом деле, коэффициент Kо, нормально консолидированной глины в аппарате трехосного сжатия, может достигать пиковой прочности при осевой деформации всего 0,1%. Кроме того, даже, когда материал не является хрупким, значения деформации до начала текучести обычно весьма малы. 

Почему нужно измерять деформацию в определенных местах на образце?

При обычном трехосном испытании между не смазанными концами испытываемого образца и концевыми штампами аппарата возникает трение поверхностей. Таким образом, концы образца ограничиваются в боковом движении и в результате всегда вертикальны. Соответственно, испытываемый образец деформируется не равномерно, по краям градиент осевой и радиальной деформации близок к нулю, а в середине к максимуму. Считается, что в испытываемых образцах, у которых высота в два раза больше диаметра, имеются концевые зоны, которые в большей или меньшей степени обездвижены, в то время, как средняя треть в большей или меньшей степени в подвижности неограниченна. Поэтому для того, чтобы получить правдоподобный модуль деформации, крайне желательно, чтобы радиальная или осевая деформации измерялись в этих местах локально. При измерении осевой деформации, основанной на относительном перемещении между верхним штамп и нижним штампом основания, могут происходить ошибки «примыкания». Такие ошибки возникают вследствие того, что очень трудно обеспечить идеальные плоские, параллельные и гладкие концы образцов для трехосных испытаний. Верхний штамп может опираться на неровности поверхности испытуемого образца или иметь неполный контакт, возможно на обоих торцах образца. Благодаря эффекту неполного контакта (точечный контакт), на ранней стадии нагружения при трехосном сжатии будет происходить быстрая деформация до достижения полного контакта штампа и торцов образца.

Датчик деформации в арматуре BF-CT

ЦЕНА УКАЗАНА НА МОДЕЛЬ BF-13CT (1 ШТ. В НАЛИЧИИ НА СКЛАДЕ). Остальные цены следует уточнять в запросах.  Датчики напряжений серии BF-CT созданы для измерения напряжения, при этом оба конца датчика привариваются к арматурному стержню. Доступно несколько моделей на выбор в соответствии с диаметрами арматурныхстержней. Каждая модель оснащена функцией измерения температуры для одновременного измерения напряжения и температуры.

Свойства
• Для длительных стабильных измерений датчик имеет специальную конструкцию, наполненную инертным газом.
• Тензорезистор с температурной само- компенсацией, используемый в тензодатчике, позволяет производить измерения температуры и напряжения арматурного стержня.

Технические характеристики
Рабочие характеристики
Измерение напряжения
Номинальный диапазон: 300 MПa (Примерно 3059 кгс/см²)*
Нелинейность: В пределах ±1 % НВС
Гистерезис: В пределах +1.5% НВС
Номинальный выход: 1.85 мВ/В (±3700 мкм/м) или больше

Измерение температуры
Номинальный диапазон: от -30 до 70°C
Погрешность при измерении: ±0.5 °C (от -30 до 70^CC)

Рабочее окружение
Безопасный температурный диапазон: от -30 до 80°C
Компенсированный температурный диапазон: от -20 до 70°C
Тепловой эффект на балансировку нуля: В пределах +0.05% НВС/°C
Тепловой эффект на выход: В пределах ±0.05%/°C

Электрические характеристики
Рекомендуемое напряжение возбуждения: 2-10 В переменного или постоянного тока
Входное сопротивление: 350 Ω ±2% при 0°C
Выходное сопротивление: 450 Ω ±1.6% при 0°C
Кабель: 4-проводной (0.5 мм²) экранированный хлоропреновый кабель, диаметром 8 мм и длиной 1 м, без разъёма

Механические свойства
Безопасный диапазон перегрузки: 110%
Номинальный диаметр (фасонный арматурный стержень): См. таблицу ниже.
Используемый арматурный стержень: SD345 (ранее SD35)
* 1 МПа = 1 Н/мм²
 

Модель	d*	øD	W	L	Вес (Примерно)	Регулярная цена, руб
BF-10CT	D10	43	55	(190)	900 г	по запросу
BF-13CT	D13	49	56	(200)	1.3 кг	от 72 700
BF-16CT	D16	49	56	(200)	1.8 кг	по запросу
BF-19CT	D19	49	56	(200)	2.5 кг	по запросу
BF-22CT	D22	49	56	(200)	3.2 кг	по запросу
BF-25CT	D25	61	70	(220)	4.3 кг	по запросу
BF-29CT	D29	61	70	(220)	5.3 кг	по запросу
BF-32CT	D32	61	70	(220)	6.3 кг	по запросу

* Фасонный арматурный стержень (арматурный стержень периодического профиля)

Размеры

 

См. полное актуальное оригинальное описание датчиков серии BF-CT от производителя на английском языке (pdf).

*Технические характеристики, размеры, комплектация и маркировка могут быть изменены производителем без предварительного уведомления.

Датчики для измерения деформаций поверхности — Тензо-М

Описание

С целью предотвращения аварий строительных конструкций и горных выработок требуется контроль действующих нагрузок. Для этого используют датчики для измерения деформаций и напряжений, располагаемые на поверхности, в толще строительных конструкций или горных выработок, позволяющие определить момент приближения параметров к опасным пределам.

«Тензо-М» выпускает четыре типа датчиков для измерения деформаций и напряжений: датчик деформации привариваемый ДДП, датчик деформации съемный ДДС, датчик деформации закладной ДДЗ и тензометр закладной для бетона ТЗБ.

Модельный ряд

Модель	Фото	Способ крепления	Особенности	Рекомендации к применению
Привариваемые датчики деформации ДДП	рис.1 рис.2	Крепятся к поверхности контролируемой металлической конструкции точечной сваркой.  Данный способ крепления не требует внедрения крепежных элементов в контролируемую поверхность.	Полный мост тензорезисторов размещен на стальной пластине и защищен от воздействия внешней среды слоем герметика и металлическим кожухом. Край пластинки оставлен свободным для обеспечения возможности точечной сварки к поверхности контролируемого объекта. На рис.2 показан пример приваривания датчики деформации к стенке двутавра.	Могут быть использованы при измерении деформаций на следующих объектах: стальные строительные конструкции, стальные машиностроительные конструкции, рамы, шасси и стальные рессоры автомобилей.
Съемные (привинчиваемые) датчики деформации ДДС	рис.3 рис.4	Крепятся к поверхности на шпильках или  болтах, предварительно прикрепленных к контролируемой  металлической или бетонной конструкции,  или  на  болтах,  завертываемых в отверстия при установке датчика. Для крепления достаточно двух болтов или шпилек. Для улучшения передачи деформации от объекта на датчик можно нанести на поверхность металлического объекта тонкий слой быстросхватывающегося клея (для стали, например «Поксипол»), а затем завернуть болты. При снятии датчика с объекта клей аккуратно  сколоть маленьким зубилом, не повреждая при этом датчик.	Датчики многоразового применения. Содержат полный мост тензорезисторов. После окончания измерений датчики могут быть сняты без  повреждений и переустановлены на другой объект. «Тензо-М» испытывает датчики деформации на собственной испытательной базе, на образцах, нагружаемых в эталонных машинах. Использование в качестве образцов элементов строительных конструкций Заказчика повышает  точность измерений (рис.5). рис.5	Съемные датчики деформации могут быть использованы для измерений деформации на поверхности стальных и железобетонных конструкций.
Датчики деформации закладные ДДЗ-50	рис.6	Размещаются в нужной ориентации в  опалубке перед заливкой бетоном. Для предотвращения повреждений и упрощения ориентации при заливке бетоном рекомендуется сначала замонолитить датчик в технологическом параллелепипеде, изготовленном из используемой марки бетона или горной породы. Размеры технологического параллелепипеда немного превышают размер датчика. Затем работать с технологическим параллелепипедом, внутри которого находится датчик.	Мост тензорезисторов размещен на плоской пластине с продольными ребрами жесткости. На концах пластины анкера – отогнутые под прямым углом части плоской пластины. При замоноличивании датчика деформации в бетон или в горную породу анкера передают деформацию на пластину. Мост тензорезисторов преобразует эту деформацию в электрический сигнал.	Датчики деформации закладные могут быть установлены в изготавливаемые или уже эксплуатирующиеся железобетонные детали строительных объектов, в шахтных и горных выработках, штреках, тоннелях

Рис.1. Общий вид привариваемого датчика деформации.

Рис.2. Пример установки привариваемого датчика деформации на двутавр №10.

Рис.3. Общий вид съемного датчика деформации.

Рис.4. Установка съемного датчика деформации на двутавр №10.

Рис.5. Нагружение на гидравлическом прессе трубы со съемным датчиком деформации. Проверка измерительного канала на реальной строительной конструкции.

Рис.6. Общий вид датчика деформации закладного.

Особенности установки

Установка ДДЗ датчик деформации закладной

	Датчик деформации закладной ДДЗ Общий  вид
	Схема установки  ДДЗ  внутри  образца  бетона  или  породы Выполняется  на заводе  или  в  лаборатории
	Образец  породы  с  двумя  ДДЗ  внутри  перед  замоноличиванием  в скважину

Технические характеристики

• Диапазон измеряемых деформаций, ± 10-3
• Рабочий диапазон температур, 0С -30… +50
• Сопротивление моста тензорезисторов тензометра, Ом, 350
• Основная погрешность, %, 5.

Примечание. Приведенные значения технических характеристик являются базовыми и могут быть адаптированы под требования Заказчика.

 

Производитель оставляет за собой право изменять технические характеристики с целью улучшения качества продукции без предварительного уведомления потребителя.

Поддержка

тензодатчиков, как это работает?

Тензодатчик — это датчик, сопротивление которого зависит от приложенной силы; Он преобразует силу, давление, натяжение, вес и т. Д. В изменение электрического сопротивления, которое затем можно измерить. Когда к неподвижному объекту прикладываются внешние силы, возникают напряжение и деформация. Напряжение определяется как внутренние силы сопротивления объекта, а деформация — как возникающие смещение и деформация.

Тензодатчик — один из важнейших инструментов электроизмерительной техники, применяемой для измерения механических величин.Как указывает их название, они используются для измерения деформации. Технический термин «деформация» состоит из деформации растяжения и сжатия, различающихся положительным или отрицательным знаком. Таким образом, тензодатчики можно использовать для измерения расширения, а также сжатия.

Напряжение тела всегда вызвано внешним или внутренним воздействием. Деформация может быть вызвана силами, давлениями, моментами, теплом, структурными изменениями материала и т.п. Если выполняются определенные условия, количество или значение влияющей величины может быть получено из измеренного значения деформации.Эта функция широко используется в экспериментальном анализе напряжений. Экспериментальный анализ напряжений использует значения деформации, измеренные на поверхности образца или детали конструкции, для определения напряжения в материале, а также для прогнозирования его безопасности и долговечности. Специальные преобразователи могут быть разработаны для измерения сил или других производных величин, например моментов, давлений, ускорений, смещений, вибраций и других. Преобразователь обычно содержит чувствительную к давлению диафрагму с прикрепленными к ней тензодатчиками.

Подробнее о тензодатчиках

Прецизионные тензодатчики общего назначения
Прецизионные тензодатчики общего назначения представляют собой инкапсулированные тензодатчики из константановой фольги, предлагаемые в большом количестве моделей для научного, промышленного и экспериментального анализа напряжений. Эти прецизионные тензодатчики могут использоваться для экспериментального анализа напряжений, мониторинга промышленного оборудования или различных научных приложений. В разделе «Тензодатчики общего назначения» вы найдете образцы тензодатчиков рядом с номерами деталей, чтобы вы могли видеть геометрию тензодатчика.Габаритные размеры также представлены в единицах СИ (метрическая система, мм) и стандартная система США (английский язык, дюймы). Прецизионные тензодатчики общего назначения предлагаются в линейных моделях, двойных параллельных сетках, тройниковых розетках (0/90 °), прямоугольных или дельтовых (45 ° или 60 °), штабелированных или плоских розетках, а также на сдвигах.

Тензодатчики качества преобразователя
Тензодатчики качества преобразователя предназначены для клиентов, которые производят преобразователи или аналогичные чувствительные устройства. Тензодатчики, соответствующие качеству преобразователя, имеют более жесткие допуски на размеры трима держателя, что позволяет при необходимости использовать край держателя для выравнивания тензодатчика.Они также имеют более жесткие допуски на номинальные значения сопротивления. Эти датчики могут быть настроены на ползучесть в соответствии со спецификациями производителя преобразователя, и их можно настроить в соответствии с уникальными требованиями преобразователя. Они также являются отличными стандартными приборами для экспериментального анализа напряжений и / или проектов проверки деформаций.

СООБРАЖЕНИЯ ПО ВЫБОРУ ДАТЧИКА

1. Длина манометра
2. Количество датчиков в шаблоне шаблона
3. Расположение калибров по типу калибра
4. Сопротивление сети
5. Чувствительный к деформации сплав
6. Несущий материал
7. Ширина колеи
8. Язычок под пайку
9. Конфигурация выступа под пайку
10. Наличие

Тензодатчики Karma
Omega предлагает полную линейку тензодатчиков Karma.Тензодатчики Karma могут использоваться для различных статических и динамических приложений. Тензодатчики Karma используются для датчиков, где требуется долговременная стабильность или использование при более высоких температурах. При использовании при комнатной температуре для измерения статической деформации преобразователь будет иметь очень хорошую стабильность в течение месяцев или даже лет. Тензодатчики Karma также предлагаются для измерения статической деформации в широком диапазоне температур от -75 до 200 ° C (от -100 до 392 ° F) из-за их хорошей линейности в этом широком диапазоне температур.Тензодатчики Karma часто используются в конструкциях датчиков, рассчитанных на усталость. Усталостная долговечность сплава Karma, как правило, намного лучше, чем у константана, поэтому датчики, использующие тензодатчики Karma, обеспечивают хорошую усталостную долговечность. Karma — это никель-хромовый сплав, который был выбран в качестве материала для тензодатчиков из-за его способности компенсировать модуль упругости, что позволяет значительно уменьшить сдвиг диапазона в конструкции преобразователя. Для сплавов Karma коэффициент толщины имеет тенденцию уменьшаться с повышением температуры. Этот эффект уменьшения модуля упругости приведет к уменьшению сдвига пролета.У сплавов Karma есть недостатки, например, их сложно паять без специальных флюсов. У OMEGA есть решение. Мы устранили эту проблему, предложив наши тензодатчики Karma с медными контактными площадками под пайку. Никаких специальных флюсов или процедур не требуется.

Тензорезисторы из фольги со скреплением
Первый тензодатчик с металлической проволокой был разработан в 1938 году. Тензодатчик из металлической фольги состоит из сетки из проволочной нити (резистора) приблизительно 0.001 дюйм (0,025 мм) толщиной, приклеивается непосредственно к деформируемой поверхности тонким слоем эпоксидной смолы. Когда к поверхности прикладывается нагрузка, результирующее изменение длины поверхности передается на резистор, и соответствующая деформация измеряется в единицах электрического сопротивления фольгированного провода, которое изменяется линейно с деформацией. Диафрагма из фольги и адгезивное связующее должны работать вместе, передавая напряжение, в то время как клей должен также служить в качестве электрического изолятора между сеткой из фольги и поверхностью.При выборе тензодатчика необходимо учитывать не только деформационные характеристики датчика, но также его стабильность и температурную чувствительность. К сожалению, наиболее желательные материалы для тензодатчиков также чувствительны к колебаниям температуры и имеют тенденцию изменять сопротивление по мере старения. Для кратковременных применений это может не быть серьезной проблемой, но для непрерывных промышленных измерений необходимо включать компенсацию температуры и дрейфа.

Выберите подходящий тензодатчик

Прецизионные тензодатчики
Прецизионные датчики с присоединенным изолированным проводом длиной 1 м или 3 м для упрощения установки.Манометры серии KFH доступны в линейных формах, тройниковых розетках или плоских розетках 0/45/90.

Выучить больше

Тензодатчики для приложений сдвига или крутящего момента
Полумостовые тензодатчики для приложений сдвига или крутящего момента. Их прочная конструкция, надежность и гибкость делают их подходящими для высокоточных статических и динамических преобразователей.

Выучить больше

Сверхдлинная сетка для неоднородных материалов
Тензодатчики с очень длинной сеткой для измерения деформации в неоднородных материалах (т.е.е. Бетон, наполненные пластмассы и т. Д.)

Выучить больше

Часто задаваемые вопросы

Цепи для измерения деформации
Чтобы измерить деформацию с помощью тензодатчика со связующим сопротивлением, он должен быть подключен к электрической цепи, способной измерять мельчайшие изменения сопротивления, соответствующие деформации. В тензодатчиках обычно используются четыре элемента тензодатчика, которые электрически соединены и образуют мостовую схему Уитстона.На рисунке показана типичная диаграмма тензодатчика. Мост Уитстона — это схема с разделенным мостом, используемая для измерения статического или динамического электрического сопротивления. Выходное напряжение моста Уитстона выражается в выходных милливольтах на входной вольт. Схема Уитстона также хорошо подходит для температурной компенсации. Количество активных тензодатчиков, которые необходимо подключить к мосту, зависит от области применения. Например, может быть полезно соединить датчики, которые находятся на противоположных сторонах балки, один при сжатии, а другой при растяжении.В такой конфигурации можно эффективно удвоить выходную мощность моста при той же деформации. В установках, где все рычаги подсоединены к тензодатчикам, температурная компенсация выполняется автоматически, поскольку изменение сопротивления (из-за колебаний температуры) будет одинаковым для всех плеч моста.

Тензодатчики по индивидуальному заказу
Компания OMEGA может изготавливать тензодатчики по индивидуальному заказу. Мы понимаем, что нашим клиентам может потребоваться нестандартный узор, изготовленный в соответствии с их спецификациями. Пользовательские тензодатчики могут быть разработаны для упрощения установки тензодатчиков для конкретного применения или для среды с ограниченным пространством.Если вы не нашли то, что вам нужно в нашем стандартном ассортименте, сообщите нам об этом. Мы можем настроить ваш тензодатчик в соответствии с вашими потребностями, в том числе:

• Изменить стандартный шаблон датчика
• Создание пользовательского шаблона размера
• Поместите несколько манометров на общий держатель
• Обеспечьте нестандартную длину вывода
• Использовать нестандартный материал
• Переставьте контактные площадки или установите дополнительные точки подключения
• Произведите обрезку определенного размера или формы для устранения препятствий

Мы можем предоставить индивидуальные характеристики ползучести в соответствии с вашим пружинным элементом, чтобы максимизировать производительность вашего датчика.Наша команда будет работать с вами над повышением или понижением компенсации ползучести в зависимости от результатов ваших испытаний. OMEGA может предоставить 1/2 или полные мосты Уитстона или индивидуальные розетки. Мы стремимся сделать покупку нестандартного тензодатчика быстрой и простой. Просто отправьте в OMEGA свой индивидуальный чертеж вместе с вашими спецификациями и требуемым количеством тензодатчиков. Команда OMEGA будет работать с вами над вашим приложением и предоставить расценки на специальные тензодатчики. Мы можем изготовить контрольные образцы нестандартных калибров всего за 2 недели.С объемами производства вскоре после этого. Для вашего тензодатчика будет создан индивидуальный номер детали, чтобы сделать заказ в будущем быстрым и легким.

Техническое обучение Техническое обучение Просмотреть эту страницу на другом языке или в другом регионе

Как они работают, приложения и типы

Тензодатчики — это устройства, которые обычно используются инженерами для измерения воздействия внешних сил на объект.Они измеряют деформацию напрямую, что может использоваться для косвенного определения напряжения, крутящего момента, давления, прогиба и многих других измерений.

В этом посте я расскажу, что такое тензодатчики и как они работают. Затем я немного углублюсь в различные типы тензодатчиков, приведу несколько примеров приложений, а затем рассмотрю подробный пример одного приложения, в котором я работаю. Если вы заинтересованы в покупке тензодатчика для использования в вашем проекте, я также предоставлю несколько мест для их покупки.

---

Что такое тензодатчики и как они работают?

Деформация — это безразмерное измерение, представляющее собой отношение изменения длины к исходной длине объекта. Следовательно, положительная деформация является результатом растяжения материала, а отрицательная деформация — результатом сжатия. Напряжение — это величина приложенной силы, деленная на начальную площадь поперечного сечения объекта или внутреннюю сопротивляемость объекта.

Рисунок 1. Слева: Состав тензодатчика (источник) Справа: Пример тензодатчика (источник)

Каждый тензодатчик состоит из металлической фольги, изолированной гибкой подложкой, как показано на рисунке выше. Два провода пропускают ток через датчик, и когда поверхность измеряемого объекта растягивается или сжимается, измеряется изменение сопротивления. Это изменение сопротивления пропорционально изменению длины на поверхности тестируемого объекта, как показано в уравнении ниже.Тензодатчики работают, измеряя изменение электрического сопротивления на тонкой проводящей фольге. Коэффициент измерения (или «коэффициент измерения») — это чувствительность тензодатчика (обычно 2). Он преобразует изменение сопротивления в изменение длины.

Уравнение 1: Уравнение калибровочного фактора (источник).

Рис. 2. Сжатие и растяжение, испытанные на тензометрическом датчике (источник).

Когда тензодатчик испытывает изгиб, растяжение или скручивание, изменение сопротивления металлической фольги измеряется мостом Уитстона.Измеряемое изменение сопротивления пропорционально деформации, испытываемой объектом. Пользователь может определить напряжение, испытываемое объектом, с помощью закона Гука (уравнение, показанное ниже), зная модуль упругости материала.

Уравнение 2: Уравнение закона Гука.

---

Типы тензодатчиков

Несмотря на то, что существует множество типов тензодатчиков — для различных применений и степени свободы, которую необходимо измерить, все они используют мост Уитстона для расчета изменения сопротивления.

Тензорезистор с четвертью моста

Если вы измеряете одну ось, используется четвертьмостовой тензодатчик, как показано на рисунке ниже. Четвертьмост относится к тому факту, что только один из четырех резисторов является переменным (Rx), а остальные три резистора являются фиксированными. Схема определяет значение переменного резистора таким образом, чтобы схема была сбалансированной и ток не проходил между точками B и C.

Рис. 3. Диаграмма четверти моста Уитстона (источник изображения: авторское право DEWESoft из их серии PRO Training Series).

Розетки тензометрических датчиков

В некоторых тензодатчиках, называемых розетками тензодатчиков, используются дополнительные датчики для измерения деформации в нескольких направлениях. Розетки используются для определения полного деформированного состояния объекта на поверхности. Состояние полной деформации состоит из нормальной деформации, деформации сдвига и основной деформации. В двухосной розетке используются два датчика, а тензодатчики установлены перпендикулярно друг другу. Для трехосной розетки необходимы три градуса измерения.Эти датчики устанавливаются под углом 0 ° -45 ° -90 ° или 0 ° -60 ° -120 ° относительно друг друга, в зависимости от требуемых измерений. Ниже приведены некоторые распространенные конфигурации розеток тензодатчиков (вы можете увидеть оригинал

Рис. 4. Примеры розетки тензодатчика (источник изображения: авторское право DEWESoft из их серии PRO Training).

Пьезорезистор

При измерении деформации в малых масштабах пьезорезистор часто является лучшим измерительным инструментом. Эти измерения часто настолько малы, что выражаются в микродеформации (µε или ε x 10-6).Когда используются эти датчики, чувствительность меняется, поэтому коэффициент измерения часто выше, чем у типичного тензодатчика из фольги. Хотя эти датчики регистрируют меньшие изменения длины, они также более чувствительны к изменениям температуры и с большей вероятностью сломаются, чем датчики из фольги.

---

Где купить тензодатчики

Если вы заинтересованы в использовании тензодатчиков для вашего приложения, их можно найти в разных местах, вот лишь некоторые из них, которые мы обычно используем:

Теперь с тензодатчиками вам также понадобятся очень специфические приборы для питания и кондиционирования выходного сигнала тензодатчика.Вот несколько вариантов от HBM и другие от Omega. Мы знаем, что многие клиенты enDAQ также заинтересованы в добавлении к нашим устройствам возможностей измерения тензодатчиков в сочетании с акселерометрами и другими датчиками, и мы планируем разработать такое решение в течение следующих нескольких лет (подробнее см. В нашей дорожной карте)!

---

Приложения для тензодатчиков

В области гражданского строительства и геотехнического мониторинга регулярно используются тензодатчики для обнаружения повреждений в таких конструкциях, как мосты, здания и многое другое.Эти конструкции требуют постоянного наблюдения, поскольку любая значительная деформация может привести к травмам или смерти. Эти датчики широко используются, поскольку они обладают высокой точностью, хорошо работают на больших расстояниях от объекта испытаний и требуют минимальных усилий для настройки и обслуживания в течение длительных периодов времени.

Полевые испытания часто сильно отличаются от лабораторных испытаний в идеальных условиях. Одна из причин, по которой тензодатчики высоко ценятся, заключается в том, что их можно использовать в суровых условиях, обеспечивая воспроизводимые результаты с высокой точностью.Когда инженер тестирует объекты неправильной формы в суровых условиях с труднодоступными конфигурациями, часто требуется специализированное устройство, такое как тензодатчик. Например, в аэрокосмических приложениях используются миллионы тензодатчиков для проверки результатов моделирования CAD (автоматизированное проектирование) и FEA (анализ методом конечных элементов). Эти испытания часто проводятся в динамических условиях, чтобы получить точное представление о том, как различные силы влияют на самолет.

Рисунок 5. Слева: мост на стальных фермах Миннеаполиса в 2006 году. Справа: нижняя сторона моста. (Источник)

Тензодатчики также часто используются для статических испытаний. Некоторые мосты настроены на использование беспроводной телеметрии, которая передает результаты тестирования через Ethernet. Но другие мосты в первую очередь проходят визуальный осмотр или дефектоскопию для обнаружения дефектов поверхности. Несмотря на то, что эти методы экономически эффективны, они не требуют постоянного контроля, что может привести к катастрофическим отказам, как, например, в случае стального ферменного моста I-35 Миннеаполис.Начиная с 1990 года, мост был отмечен федеральным правительством как «структурно несовершенный», что означало, что он должен был проходить ежегодные проверки. Однако из-за отсутствия постоянного наблюдения с помощью тензодатчиков, значительного ремонта или замены в 2007 году мост неизбежно рухнул, в результате чего погибли 13 человек. Этот мост — лишь один из примерно 80 000 мостов через Соединенные Штаты, которые в 2007 году были признаны «структурно несовершенными».

---

Пример использования тензодатчика

Здесь, в Midé ( Примечание: enDAQ является подразделением Midé ), мы регулярно используем тензодатчики для проектных работ.Недавно мы с коллегой добавили к нашей испытательной установке тензодатчик для косвенного измерения крутящего момента. Проект, над которым мы работали, был сфокусирован на дизайне костюма для глубоководного дайвинга. Для этого эксперимента мы проверили величину крутящего момента, необходимого для вращения упорного подшипника в руке костюма, путем надавливания на упорный подшипник, чтобы смоделировать его использование на глубине до 530 футов.

Рисунок 6. Испытательная установка с тензодатчиком, установленным между двигателем и упорным подшипником.

Для этого испытания тензодатчик был установлен на пьедестале между двигателем и герметичным упорным подшипником, как показано на рисунке выше. Этот узел был помещен внутрь резервуара высокого давления, погружен в воду и находится под давлением. Двигатель питался от переменного тока, что обеспечивало постоянный выходной крутящий момент. В ходе проведенных испытаний было измерено сопротивление упорного подшипника осевому вращению как по часовой, так и против часовой стрелки.

Рис. 7. Полностью собранный рычаг гидрокостюма с упорным подшипником.

Во время этого испытания мы медленно увеличивали давление, чтобы определить сопротивление упорного подшипника на разной глубине. Начиная с атмосферного давления в качестве основы, давление увеличивали до 30, 50, 75, 100, 150, 200 и 250 фунтов на квадратный дюйм (или фунтов на квадратный дюйм). Каждый раз, когда мы увеличивали давление, мотор вращался в обоих направлениях на 7-8 секунд. При максимальном давлении тензодатчиком был измерен максимальный крутящий момент на уровне 35 футов на фунт в направлении против часовой стрелки (положительный крутящий момент), как показано на графике ниже.

Рис. 8. Измерения крутящего момента в зависимости от времени с использованием тензодатчика.

---

Заключение

Тензодатчики

— это универсальные геотехнические инструменты с очень широким спектром применения, которые помогают обеспечить безопасность и производительность. Их особенно ценят за точность, простоту установки, низкую стоимость, длительный срок службы и необходимость в очень ограниченном техническом обслуживании. Интересно рассмотреть множество будущих применений тензодатчиков в таких областях, как аэрокосмическая промышленность, кабельные мосты, мониторинг рельсов (для железнодорожных систем) и измерение крутящего момента и мощности в широком диапазоне вращающегося оборудования, такого как вентиляторы, генераторы, колеса и пропеллеры. .

Я надеюсь, что этот пост помог вам лучше понять различные типы тензодатчиков, принцип их работы и их применение. Если у вас есть какие-либо вопросы, не стесняйтесь оставлять комментарии или связываться с нами. И если вам понравился этот пост, не забудьте подписаться на наш блог enDAQ, чтобы узнать больше о сборе данных, датчиках и анализе.

Похожие сообщения:

Измерение деформации тензодатчиками

Деформацию можно измерить несколькими методами, но наиболее распространенным является тензодатчик.Электрическое сопротивление тензодатчика изменяется пропорционально величине напряжения в устройстве. Самым распространенным тензодатчиком является металлический тензодатчик. Металлический тензодатчик состоит из очень тонкой проволоки или, чаще, металлической фольги, расположенной в виде сетки. Сетчатый рисунок максимизирует количество металлической проволоки или фольги, подверженной деформации в параллельном направлении. Сетка приклеивается к тонкой подложке, называемой держателем, которая прикрепляется непосредственно к образцу для испытаний. Таким образом, напряжение, испытываемое испытуемым образцом, передается непосредственно на тензодатчик, который реагирует линейным изменением электрического сопротивления.

Рис. 3. Электрическое сопротивление металлической сетки изменяется пропорционально степени деформации, испытываемой испытуемым образцом.

Основным параметром тензорезистора является его чувствительность к деформации, количественно выражаемая как коэффициент измерения (GF). GF — это отношение частичного изменения электрического сопротивления к частичному изменению длины или деформации:

GF для металлических тензодатчиков обычно составляет около 2.Фактический GF конкретного тензодатчика можно получить у поставщика датчика или в документации на датчик.

На практике измерения деформации редко включают величины, превышающие несколько миллиштренов (e x 10 ^-3 ). Следовательно, чтобы измерить деформацию, вы должны точно измерить очень небольшие изменения сопротивления. Например, предположим, что испытуемый образец подвергается деформации в 500 мэ. Тензорезистор с GF 2 показывает изменение электрического сопротивления всего на 2 (500 x 10 ^-6 ) = 0.1%. Для манометра на 120 Ом это изменение составляет всего 0,12 Ом.

Для измерения таких небольших изменений сопротивления конфигурации тензодатчиков основаны на концепции моста Уитстона. Общий мост Уитстона, показанный на рисунке 4, представляет собой сеть из четырех резистивных плеч с напряжением возбуждения V _EX , которое прикладывается к мосту.

Рис. 4. Тензорезисторы сконфигурированы в схемах моста Уитстона для обнаружения небольших изменений сопротивления.

Мост Уитстона является электрическим эквивалентом двух параллельных цепей делителя напряжения. R ₁ и R ₂ составляют одну схему делителя напряжения, а R ₄ и R ₃ составляют вторую схему делителя напряжения. Выходной сигнал моста Уитстона, Vo , измеряется между средними узлами двух делителей напряжения.

Из этого уравнения видно, что когда R ₁ / R ₂ = R ₄ / R ₃ , выходное напряжение В _O равно нулю.В этих условиях считается, что мост уравновешен. Любое изменение сопротивления в любом плече моста приводит к ненулевому выходному напряжению. Следовательно, если вы замените R ₄ на рис. 4 на активный тензодатчик, любые изменения сопротивления тензодатчика приведут к дисбалансу моста и получению ненулевого выходного напряжения, которое является функцией деформации.

Поиск тензодатчиков по категориям

Измерители Фольговые манометры сверхвысокого удлинения серии

	Фольговые тензорезисторы общего назначения серии KFGS	Новые тензодатчики с высочайшими характеристиками в мире. Нажмите здесь, чтобы увидеть [Типичная процедура соединения тензодатчика] Нажмите здесь, чтобы увидеть [Тензорезисторы с предварительно подсоединенными кабелями вывода]
	KFGS для измерения остаточного напряжения	KFGS, оборудованные зажимом для манометра, позволяют одним касанием подключать / отключать подводящий кабель. Они подходят для измерения остаточных напряжений методом резки. Дополнительно доступен специальный кабель T-C26 с зажимом (с виниловым покрытием, длина 2 м).
	KFB Тензорезисторы для измерения осевого натяжения болтов	Если трудно прикрепить тензодатчик к поверхности болта для измерения напряжения затяжки, эти датчики позволяют проводить измерения путем заделки в отверстие диаметром 2 мм, просверленное в верхней головке болта.
	Фольговые тензодатчики серии KFGT с датчиком температуры	Датчики KFGT — это тензодатчики из фольги, содержащие термопару Т-образного типа для одновременного измерения деформации и температуры. Они обеспечивают эффективное измерение деформации в средах, где изменение температуры или температурный градиент требуют одновременного измерения деформации и температуры. Они также обеспечивают высокоточную компенсацию явной деформации, вызванной термическим воздействием. В качестве измерительного прибора рекомендуется использовать логгер данных Kyowa UCAM-60C M14.
	Фольговые тензодатчики серии KFRB	Фольговые тензодатчики серии KFRB — это прочные и простые в использовании высококачественные тензодатчики. Измерительный элемент зажат между термостойким полиимидным основанием и крышкой, что позволяет ему демонстрировать высокие характеристики в широком диапазоне температур. Нажмите здесь, чтобы увидеть [Типичная процедура соединения тензодатчика] Нажмите здесь, чтобы увидеть [Тензодатчики с предварительно присоединенными кабелями вывода]
	KFWB Series Водонепроницаемые фольговые тензодатчики	Поверхность фольговых тензодатчиков серии KFWB покрыта специальной водостойкой смолой. Водонепроницаемая конструкция позволяет использовать эти датчики для наружных или подводных измерений, просто будучи прикрепленными к объектам измерения. (Сопротивление изоляции практически не ухудшается даже после 100 часов использования под давлением около 10 МПа под водой.) Кроме того, покрывающая смола достаточно гибкая, чтобы обеспечить легкое приклеивание к изогнутым поверхностям. Щелкните здесь, чтобы увидеть [Тензодатчики с предварительно присоединенными свинцовыми кабелями]
	Малогабаритные фольговые тензодатчики серии KFWS	Фольговые тензодатчики серии KFWS — это малогабаритные водонепроницаемые датчики, подходящие для наружного или подводного измерения деформации, когда пространство для соединения датчика ограничено. Водонепроницаемая смола имеет толщину 1,3 мм, что делает их достаточно гибкими для приклеивания к изогнутой поверхности диаметром 10 мм. Щелкните здесь, чтобы увидеть [Тензодатчики с предварительно присоединенными свинцовыми кабелями]
	KFV Фольгированный тензодатчик для водородной среды	KFV — тензодатчик из фольги, который обеспечивает стабильное измерение деформации в средах с газообразным водородом под высоким давлением.
	KCW Series Сварные водонепроницаемые тензодатчики из фольги	Фольговые тензодатчики серии KCW представляют собой свариваемые датчики, не требующие обработки покрытия для использования под высоким давлением или под водой. Тип G10 выдерживает давление воды около 10 МПа.
	KFGS для бетона	Здесь перечислены датчики серии KFGS с подходящим подводящим кабелем для измерения деформации бетона. Щелкните здесь, чтобы увидеть [Тензодатчики с предварительно присоединенными свинцовыми кабелями]
	KFGS для метода растачивания	Предназначен для измерения остаточного напряжения, вызванного методом растачивания.
	Проволочные тензодатчики серии KC	Измерители серии KC с увеличенной длиной измерительного элемента представляют собой проволочные тензодатчики, подходящие для измерения средней деформации испытываемого бетона.Обычно для этой цели выбирается модель, у которой длина колеи более чем в 3 раза превышает максимальный диаметр заполнителя (гравий, песок и т. Д.). Щелкните здесь, чтобы увидеть [Тензодатчики с предварительно присоединенными свинцовыми кабелями]
	Встроенные тензодатчики серии KM	Измерители серии KM предназначены для заделки в строительный раствор или бетон с целью измерения внутреннего напряжения. Для обеспечения лучшей адгезии к строительному раствору и т.п. манометры серии KM имеют специально обработанную поверхность. Они также обеспечивают подходящую водонепроницаемость и модуль упругости для предполагаемого применения. Щелкните здесь, чтобы увидеть [Тензодатчики с предварительно присоединенными свинцовыми кабелями]
	Тензорезисторы KMC серии Встраиваемые в бетон	Измерители серии KMC предназначены для измерения самоусадки и внутреннего напряжения цементированных материалов. Они позволяют измерять самоусадку и высокотекучесть бетона сразу после укладки. Они также эффективно используются для проверки цементированных материалов на трещины. Обычно термопара Т-типа устанавливается рядом с манометром, в то время как для манометров серии КМС типа h5 такая установка не требуется, так как они оснащены встроенной термопарой.
	Фольговые тензорезисторы для композитных материалов серии KFRPB	Фольговые тензодатчики серии KFRPB представляют собой датчики с самокомпенсацией температуры (датчики SELCOM), подходящие для измерения деформации композитных материалов, таких как углепластик и стеклопластик. Специальная схема манометра сводит к минимуму эффект самонагрева из-за измерительного тока и эффект армирования из малоэластичных материалов. Для обеспечения точных измерений, избегая эффекта самонагревания измерительного тока, примите во внимание следующее: 1. Выберите более низкое напряжение возбуждения на измерительном приборе. 2. Система с активным манекеном 3. Тензодатчики 350 Ом Щелкните здесь, чтобы увидеть [Тензодатчики с предварительно присоединенными кабелями вывода]
	Фольговые тензодатчики KFRS серии для печатных плат	PCB используются для различных продуктов, включая сотовые телефоны, автомобильные навигационные системы и цифровые камеры. Датчики — это датчики с самокомпенсацией температуры (датчики SELCOM) для их оценки. Щелкните здесь, чтобы увидеть [Типичная процедура соединения тензодатчика] Щелкните здесь, чтобы увидеть [Тензорезисторы с предварительно присоединенными подводящими кабелями]
	Фольговые тензодатчики для пластмасс серии KFP	Фольговые тензодатчики серии KFP обеспечивают применимый коэффициент линейного расширения 65 x 10 –6 / ºC, что делает их пригодными для измерения деформации пластмасс, таких как акриловая смола. Щелкните здесь, чтобы увидеть [Тензодатчики с предварительно присоединенными свинцовыми кабелями]
	Полупроводниковые тензодатчики серии KSPB	Датчики серии KSPB — это полупроводниковые тензодатчики со стабильными характеристиками, которые можно использовать для измерения общих напряжений и датчиков. Тип F2 имеет полумост, образованный двухэлементной структурой (положительный и отрицательный), для самотемпературной компенсации и подходит для измерения деформации стальных изделий.
	Серия KSNB Полупроводниковые тензодатчики с температурной компенсацией	В датчиках серии KSNB в качестве резистивного элемента используется кремний N-типа для контроля температурного коэффициента сопротивления материала в соответствии с коэффициентом линейного расширения объекта измерения. Температурный коэффициент манометрического коэффициента: Прибл. -0,3% / ℃ (справочное значение)
	Высокопроизводительные полупроводниковые тензодатчики серии KSPH	Измерители серии KSPH обладают высоким сопротивлением, что позволяет использовать высокое напряжение возбуждения для получения высокого выходного напряжения.
	KSPLB Ультра линейный полупроводниковый тензодатчик	Датчик KSPLB отличается превосходной линейностью изменения сопротивления от деформации в сравнительно широком диапазоне, что делает его пригодным в качестве чувствительного элемента преобразователей.
	KHCX Герметичный манометр	Герметичный манометр герметичен. Они состоят из чувствительной части и кабеля для передачи выходных сигналов от чувствительной части.
	KHCV Герметичный манометр	Герметичный манометр герметичен. Они состоят из чувствительной части и кабеля для передачи выходных сигналов от чувствительной части.
	KHCR Герметичный манометр	Герметичные тензодатчики герметичны.Они состоят из чувствительной части и кабеля для передачи выходных сигналов от чувствительной части.
	KHCS Герметичный манометр	Герметичный манометр герметичен. Они состоят из чувствительной части и кабеля для передачи выходных сигналов от чувствительной части.
	KHCM Герметичный манометр	Герметичный манометр герметичен. Они состоят из чувствительной части и кабеля для передачи выходных сигналов от чувствительной части.
	KHC Герметичный манометр	Герметичный манометр герметичен. Они состоят из чувствительной части и кабеля для передачи выходных сигналов от чувствительной части.
	Высокотемпературные фольговые тензодатчики серии KFU (350ºC)	Основание изготовлено из высокотермостойкого полиимида, а измерительный элемент — из фольги из сплава NiCr, что позволяет манометрам серии KFU демонстрировать превосходные характеристики в широком диапазоне температур. * Пожалуйста, используйте KFU для краткосрочного тестирования. Например. 72 часа или меньше при 350 ° C 360 часов или меньше при 300 ° C Клей PI-32 (Он меняется в зависимости от условий.) Щелкните здесь, чтобы увидеть [Тензодатчики с предварительно присоединенными кабелями вывода]
	Высокотемпературные фольговые тензорезисторы серии (350ºC)	Металлическое основание позволяет легко установить компактный аппарат для точечной сварки. Щелкните здесь, чтобы увидеть [Тензодатчики с предварительно присоединенными свинцовыми кабелями]
	Высокотемпературные фольговые тензорезисторы серии KFHB (250ºC)	Основание изготовлено из высокотермостойкого полиимида, а измерительный элемент — из фольги из сплава NiCr, что обеспечивает меньшую тепловую мощность и отличные температурные характеристики. Щелкните здесь, чтобы увидеть [Тензодатчики с предварительно присоединенными свинцовыми кабелями]
	Низкотемпературные фольговые тензодатчики серии KFLB	Измерительный элемент изготовлен из сплава NiCr, который демонстрирует превосходные характеристики в условиях низких температур, и зажат между полиимдными пленками. Таким образом, манометры серии KFLB подходят для измерения деформации резервуаров и сосудов, содержащих низкотемпературные жидкости, такие как СПГ и СНГ. Щелкните здесь, чтобы увидеть [Тензодатчики с предварительно присоединенными свинцовыми кабелями]
	Фольговые тензорезисторы сверхвысокого удлинения серии KFEM	KFEM позволяют измерять деформацию на различных участках конструкций, от упругих до пластических, и подходят для измерения больших деформаций. Они могут измерять от 20 до 30% деформации материала. * Предел деформации от 20% до 30% обеспечивается для простого напряжения, прикладываемого к датчику, приклеенному к нержавеющей стали (SUS 304) или алюминиевому сплаву (A1050) при нормальной температуре. Щелкните здесь, чтобы увидеть [Тензодатчики с предварительно присоединенными кабелями вывода]
	Фольговые тензорезисторы высокого удлинения серии KFEL	Разработанные для измерения деформации от упругой до пластической области на конструкциях, фольговые манометры серии KFEL позволяют измерять деформацию от 10% до 15% с простой деформацией растяжения. Щелкните здесь, чтобы увидеть [Тензодатчики с предварительно присоединенными свинцовыми кабелями]
	Неиндуктивные фольговые тензорезисторы серии KFNB	Измерительный элемент изготовлен из специального сплава, обеспечивающего меньший магниторезистивный эффект; кроме того, форма разработана таким образом, чтобы исключить индукцию. Таким образом, фольговые тензодатчики серии KFNB позволяют точно измерять деформацию в магнитных средах переменного тока. Щелкните здесь, чтобы увидеть [Тензодатчики с предварительно присоединенными свинцовыми кабелями]
	Тензорезисторы с экранированной фольгой серии KFSB	Фольговые тензодатчики серии KFSB экранированы медной фольгой, покрывающей весь корпус.Таким образом, если к месту подключения датчика или вокруг него течет большой ток, помехи не попадут в измерительную цепь. Щелкните здесь, чтобы увидеть [Тензодатчики с предварительно присоединенными свинцовыми кабелями]
	Фольговые тензодатчики серии KFF для измерения деформации изгиба	Фольговые тензодатчики серии KFF имеют по одному чувствительному элементу на верхней и нижней сторонах толстого пластикового основания. При измерении напряжения в коробчатых конструкциях, таких как мостовые балки, или в сосудах высокого давления, которые не позволяют приклеивать манометры непосредственно к внутренней части объекта измерения, манометры серии KFF могут быть прикреплены к внешней поверхности для получения напряжения на внутри.
	Фольговые тензорезисторы с протектором серии KCH	Уникальная конструкция упрощает монтаж измерительных приборов, электромонтаж и работы по гидроизоляции в полевых условиях. Кроме того, металлический корпус защищает тензодатчик и значительно повышает надежность по сравнению с обычными датчиками. Использование шпилек и клея позволяет устанавливать манометры на дно или боковую пластину резервуара для измерения деформации, на бункер или резервуар для измерения веса, на валу грузовика для измерения веса тары или в любых других подобных приложениях, где датчики необходимо защитить от влаги, воды или мелких камней.
	KMP Встроенный датчик	Встроенный в полимер манометр KMP измеряет усадку при отверждении и внутреннюю деформацию. Компактная конструкция позволяет заделывать формованные смолы и подходит для измерения внутренних напряжений в изделиях, изготовленных из эпоксидной смолы и металла.
	KV Series Трещиномеры	Прикрепленные к растрескавшейся части конструкции или материала (или части такого материала, где прогнозируется развитие трещины), датчики серии KV измеряют развивающуюся длину и скорость трещины. В отличие от обычных тензодатчиков, решетки тензодатчиков серии КВ разрезаются по мере развития трещин, что приводит к изменению сопротивления.
	Специальный кабель с зажимом	Специальный кабель с зажимом для тензодатчиков из фольги с клеммами

Что такое тензодатчик?

Что такое тензодатчик? Тензодатчик — это разновидность электрического датчика. Его основное использование — измерение силы или деформации.

Сопротивление тензодатчика изменяется при приложении силы, и это изменение дает другой электрический выход. Тензодатчики используют этот метод для измерения давления, силы, веса и натяжения.

При приложении внешних сил к неподвижному объекту присутствуют две силы; стресс и напряжение. Напряжение — это сила сопротивления объекта (например, отталкивание) деформация — это смещение и деформация объекта, и это сила, которую можно измерить с помощью тензодатчика.Поскольку они маленькие и высокочувствительные, тензодатчики могут измерять сжатие или расширение объекта, даже если это всего лишь небольшая величина, когда они правильно прикреплены к объекту или устройству.

Тензодатчики

очень тонкие и бывают самых разных форм и размеров, что делает их пригодными для различных применений.

Функция тензодатчика

Тензодатчик используется в качестве меры предосторожности во многих испытательных приложениях. Обычно, когда тензодатчик выдает определенное значение, срабатывает предупреждение, чтобы проинформировать пользователя о том, что емкость была достигнута, это означает, что проблема может быть решена до того, как она станет опасной.

Тензодатчики Технология тензодатчиков

имеет огромное количество применений — практически неограниченное. Тензодатчики являются основным чувствительным элементом и используются во многих различных типах датчиков. Они хорошо используются в таких отраслях, как; железнодорожный, аэрокосмический, машиностроительный и научно-исследовательский. Некоторые из приложений, для которых они использовались, включают;

• Напряжение на железнодорожных путях
• Напряжения при прогибе крыла самолета
• Испытания компонентов самолета
• Вращательная нагрузка на турбины, колеса, вентиляторы, гребные винты и двигатели
• Испытание корпусов судов
• Испытания конструктивных элементов мостов и зданий
• Автомобильные испытания

Тензодатчики от Variohm

Наши тензодатчики поставляются нашим поставщиком Zemic.Они используют резистивную фольгу, закрепленную на материале основы. Смотрите наши тензодатчики здесь.

Для получения дополнительной информации о тензодатчиках или любом из продуктов, которые мы можем предложить, свяжитесь с нами

Металлический тензодатчик

— обзор

7.3 Носимые датчики CNT для обнаружения движения

Движение человека — это очень сложное понятие, которое зависит и, в свою очередь, зависит от многих факторов, включая физиологические, анатомические, психологические, экологические и другие. социальные эффекты (9,79) .Мониторинг движений человека с помощью носимых устройств считается эффективным подходом к оценке состояния человека; эта технология точна и способна выполнять быстрый анализ (23) . Среди различных методов обнаружения и анализа периодического движения тензодатчик является одним из наиболее важных и потенциальных интеллектуальных датчиков (80) , который освобождает отслеживающее движение от ограниченного пространства (под объективом камеры зрения) фотографической Технология (81) .Уникальная прочность (51) , проводимость (52) и сопротивление (82) делают УНТ подходящим материалом для изготовления восстанавливаемых и стабильных тензодатчиков.

Класс носимых и растягиваемых устройств на основе выровненных тонких пленок УНТ для тензодатчика был описан Ямада и соавторами, рис. 7.5A (83) . В процессе растяжения чередующиеся зазоры и островки по всей пленке УНТ, создаваемые необратимым разрушением, могут привести к монотонному увеличению сопротивления пленки (рис.7.5B), с деформацией до 280% до разрыва подложки PDMS (в 50 раз больше, чем у обычных металлических тензодатчиков). Такая экстремальная растяжимость предполагает возможность применения тензодатчика для обнаружения крупномасштабных движений человека. Восемь пленок были удобно соединены вместе, чтобы собрать большой датчик деформации УНТ с расширенной зоной восприятия, а затем собраны на коммерческом чулке поверх коленного сустава (рис. 7.5C). Таким образом, можно легко обнаружить и различить различные движения человека, связанные с разгибанием и сгибанием колена, включая сгибание, марш, приседание и прыжки, а также их комбинации.Кроме того, датчик на перчатке может измерять различные движения каждого пальца, или его можно использовать в виде липкой повязки для определения колебаний выступа гортани и груди. Аналогичным образом, параллельный пластинчатый конденсатор был изготовлен из двух слоев пленок УНТ, действующих как электроды, уложенных с двух сторон PDMS (84) . Было обнаружено, что изменение емкости этого емкостного датчика линейно зависит от длины растяжения (рис. 7.5D). Путем интеграции этого датчика деформации в резиновую перчатку была изготовлена ​​прототипная перчатка для обработки данных для обнаружения изгибающих движений пальцев, и такие растягиваемые тензодатчики могут стабильно и надежно различать каждый небольшой изгиб со сверхбыстрым откликом в субсекундном масштабе (рис.7.5E). Более того, Hu et al. продемонстрировали, что пленки на основе УНТ могут выдерживать деформации до 700% с использованием специализированных подложек (85) , что значительно расширяет область применения тензодатчиков.

Рисунок 7.5. Демонстрации использования тензодатчиков для обнаружения движения человека. (A) Основные этапы изготовления тензодатчика с однослойной углеродной нанотрубкой (SWCNT). (B) Относительное изменение сопротивления в зависимости от деформации для датчика деформации [выровненная углеродная нанотрубка (CNT), красная (серый в версиях для печати)], случайно ориентированная CNT ( синий (темно-серый в версиях для печати)) и обычная металлическая тонкая пленка (черная).(C) Датчик деформации, прикрепленный к чулку, и относительные изменения сопротивления в зависимости от времени для движения колена (83) . (D) Емкостный отклик тензодатчика, изготовленного из УНТ / полидиметилсилоксана (ПДМС) во время как загрузки ( красные кружки, (серые в печатных версиях)) и разгрузки ( зеленые квадраты, (светло-серые в печатных версиях)) деформации. 100%, а также линейный крой ( синяя линия (темно-серый в версиях для печати)). (E) Прототип информационной перчатки. Вверху: фотоснимки, когда палец был постепенно согнут (I – V), а затем развернут (VI – VIII).Нижний: соответствующие емкостные отклики. Стрелка : Случайное обрыв медного провода (84) .

Части A, B и C адаптированы с разрешения Yamada, T .; Hayamizu, Y .; Yamamoto, Y .; Yomogida, Y .; Izadi-Najafabadi, A .; Futaba, D. N .; и другие. Растягивающийся датчик деформации углеродных нанотрубок для обнаружения движения человека. Nature Nanotechnology 2011 , 6 (5), 296–301, Copyright 2011 Nature Publishing Group. Части D и E адаптированы с разрешения Cai, L .; Песня, Л.; Luan, P .; Zhang, Q .; Zhang, N .; Gao, Q .; и другие. Сверхэластичные емкостные датчики деформации на основе прозрачных углеродных нанотрубок для обнаружения движения человека. Научные отчеты 2013 , 3, Copyright 2013 Nature Publishing Group.

До сих пор ряд новых материалов, включая органические полимеры и небольшие молекулы, неорганические нанопроволоки, металлические нанопроволоки и графен, находятся в прямой конкуренции с УНТ в области носимых датчиков для обнаружения движения (8,80,86–89) .Однако уникальные преимущества (такие как высокая собственная проводимость, технологичность раствора, гибкость и возможность производства по низкой цене) УНТ по-прежнему делают их одними из идеальных кандидатов для различных гибких датчиков деформации в ближайшем будущем.

Тензодатчик | инструмент | Britannica

Тензодатчик , устройство для измерения изменений расстояний между точками твердых тел, возникающих при деформации тела. Тензодатчики используются либо для получения информации, на основе которой могут быть рассчитаны напряжения (внутренние силы) в телах, либо в качестве показывающих элементов на устройствах для измерения таких величин, как сила, давление и ускорение.

До 1930-х годов в большинстве тензодатчиков использовались составные механические рычажные системы или зеркала и оптические рычаги. Обычными были увеличения от 1200 до 1, и были измерены деформации всего около 1 микрона (0,00005 дюйма). Калибр этих инструментов составлял от ¹ / ₂ до 1 дюйма (1 ¹ / ₄ до 2 ¹ / ₂ см), а их сравнительно большой размер и вес сделали их непригодными для использования. точного реагирования на колебания деформации в результате динамической нагрузки.

Тензорезистор — ценный инструмент в области экспериментального анализа напряжений. Он работает по принципу, обнаруженному британским физиком Уильямом Томпсоном (позже лордом Кельвином) в 1856 году, что электрическое сопротивление медной или железной проволоки изменяется, когда проволока либо растягивается, либо сжимается.

Калибр, показанный на рисунке, состоит из отрезка очень тонкой проволоки, скрученной в виде сетки и скрепленной между двумя листами очень тонкой бумаги. Он прочно приклеен (приклеен) к поверхности, на которой должна быть измерена деформация, и запитывается электрическим током.Когда деталь деформируется, датчик следует за любым растяжением или сжатием поверхности, и его сопротивление соответственно изменяется. Это изменение сопротивления усиливается и преобразуется в деформацию после надлежащей калибровки.

Получите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту. Подпишитесь сейчас

Проволочные сетки были первой коммерческой формой измерителя сопротивления; теперь они производятся в виде плоской фольги с помощью печатных технологий в виде сетки на пластиковой основе.

Измерители сопротивления изготавливаются различных форм, размеров и типов, в основном размером с почтовую марку; возможна измерительная длина от 0,015 дюйма (0,038 см), а также могут быть обнаружены деформации до 0,000001 дюйма на дюйм. Эти датчики можно использовать на поверхности практически любого твердого материала или врезать внутрь бетона; будучи легкими, они особенно подходят для измерения быстро меняющихся деформаций и деформаций вращающихся валов.

Измерители сопротивления можно классифицировать как преобразователи, i.е. , устройства для преобразования механического смещения в электрический сигнал.

Двумя другими методами измерения деформации объекта являются фотоупругость и голография с анализом напряжений. Фотоупругость обеспечивает визуальный метод наблюдения за деформацией объекта путем просмотра эффектов поляризованного света на материале с двойным преломлением (двойным преломлением), прикрепленном к объекту.