स्ट्रेन गेज सेंसर: विवरण, उपयोग के लिए निर्देश, विनिर्देश और समीक्षा

2024 लेखक: Aaron Duncan | [email protected]. अंतिम बार संशोधित: 2024-01-01 20:09

स्ट्रेन गेज ऐसे उपकरण होते हैं जो किसी ठोस पिंड के मापा लोचदार विरूपण को विद्युत संकेत में परिवर्तित करते हैं। यह सेंसर कंडक्टर के प्रतिरोध में बदलाव के कारण होता है जब इसके ज्यामितीय आयाम तनाव या संपीड़न से बदलते हैं।

स्ट्रेन गेज: ऑपरेशन का सिद्धांत

डिवाइस का मुख्य तत्व इलास्टिक स्ट्रक्चर पर लगा स्ट्रेन गेज है। किसी दिए गए बढ़ते बल के साथ स्टेपवाइज लोडिंग और विद्युत प्रतिरोध के परिमाण को मापने के द्वारा स्ट्रेन गेज को कैलिब्रेट किया जाता है। फिर, इसे बदलकर, लागू अज्ञात भार के मूल्यों और इसके आनुपातिक तनाव को निर्धारित करना संभव होगा।

सेंसर के प्रकार के आधार पर, आप माप सकते हैं:

ताकत;
दबाव;
चाल;
टॉर्क;
त्वरण।

संरचना की सबसे जटिल लोडिंग योजना के साथ भी, कार्रवाईतनाव नापने का यंत्र आधार नामक एक लंबे खंड के साथ अपनी जाली को खींचने या संपीड़ित करने के लिए कम किया जाता है।

कौन से स्ट्रेन गेज का उपयोग किया जाता है

यांत्रिक क्रिया के तहत सक्रिय प्रतिरोध में परिवर्तन के साथ सबसे सामान्य प्रकार के स्ट्रेन गेज - स्ट्रेन गेज।

वायर स्ट्रेन गेज

सबसे सरल उदाहरण पतले तार का एक सीधा टुकड़ा है, जो अध्ययन के तहत भाग से जुड़ा हुआ है। इसका प्रतिरोध है: r=pL/s, जहाँ p प्रतिरोधकता है, L लंबाई है, s अनुप्रस्थ-अनुभागीय क्षेत्र है।

भाग के साथ, चिपके हुए तार लोचदार रूप से विकृत होते हैं। उसी समय, इसके ज्यामितीय आयाम बदलते हैं। संपीड़ित होने पर, कंडक्टर का क्रॉस सेक्शन बढ़ जाता है, और जब बढ़ाया जाता है, तो यह घट जाता है। इसलिए, प्रतिरोध में परिवर्तन विरूपण की दिशा के आधार पर संकेत बदलता है। विशेषता रैखिक है।

स्ट्रेन गेज की कम संवेदनशीलता के कारण छोटे माप क्षेत्र में तार की लंबाई बढ़ाने की आवश्यकता हुई। ऐसा करने के लिए, इसे तार के एक सर्पिल (जाली) के रूप में बनाया जाता है, दोनों तरफ वार्निश या कागज की एक फिल्म से इन्सुलेशन प्लेटों के साथ चिपकाया जाता है। विद्युत परिपथ से जुड़ने के लिए, उपकरण दो तांबे के लीड तारों से सुसज्जित है। वे कुंडलित तार के सिरों पर वेल्डेड या टांके लगाए जाते हैं और एक विद्युत सर्किट से जुड़ने के लिए पर्याप्त मजबूत होते हैं। तनाव गेज लोचदार तत्व या गोंद के साथ परीक्षण के तहत भाग से जुड़ा हुआ है।

वायर लोड सेल के निम्नलिखित फायदे हैं:

सरल डिज़ाइन;
स्ट्रेन पर रैखिक निर्भरता;
छोटे आकार;
कम कीमत।

नुकसान में कम संवेदनशीलता, परिवेश के तापमान का प्रभाव, नमी से सुरक्षा की आवश्यकता, केवल लोचदार विकृतियों के क्षेत्र में उपयोग शामिल हैं।

तार ख़राब हो जाएगा जब चिपकने वाले का आसंजन बल इसे खींचने के लिए आवश्यक बल से बहुत अधिक हो जाता है। क्रॉस-सेक्शनल क्षेत्र में संबंध सतह का अनुपात 160 से 200 होना चाहिए, जो इसके व्यास 0.02-0.025 मिमी से मेल खाती है। इसे 0.05 मिमी तक बढ़ाया जा सकता है। फिर, तनाव गेज के सामान्य संचालन के दौरान, चिपकने वाली परत नष्ट नहीं होगी। इसके अलावा, सेंसर संपीड़न में अच्छी तरह से काम करता है, क्योंकि तार के तार चिपकने वाली फिल्म और भाग के साथ अभिन्न होते हैं।

फ़ॉइल लोड सेल

फ़ॉइल लोड सेल के संचालन के पैरामीटर और सिद्धांत तार वाले के समान हैं। एकमात्र सामग्री नाइक्रोम, कॉन्स्टेंटन या टाइटेनियम-एल्यूमीनियम पन्नी है। फोटोलिथोग्राफी निर्माण तकनीक एक जटिल जाली विन्यास प्राप्त करने और प्रक्रिया को स्वचालित करने की अनुमति देती है।

वायर स्ट्रेन गेज की तुलना में, फ़ॉइल स्ट्रेन गेज अधिक संवेदनशील होते हैं, अधिक करंट ले जाते हैं, स्ट्रेन को बेहतर तरीके से संचारित करते हैं, मजबूत लीड होते हैं, और अधिक जटिल पैटर्न होते हैं।

सेमीकंडक्टर लोड सेल

सेंसर की संवेदनशीलता तार वाले सेंसर की तुलना में लगभग 100 गुना अधिक है, जो उन्हें एम्पलीफायरों के बिना अक्सर उपयोग करने की अनुमति देता है। नुकसान हैं भंगुरता, परिवेश के तापमान पर उच्च निर्भरता और महत्वपूर्णपैरामीटर स्प्रेड.

स्ट्रेन गेज विनिर्देश

आधार - ग्रिड कंडक्टर की लंबाई (0.2-150 मिमी)।
नाममात्र प्रतिरोध आर - सक्रिय प्रतिरोध मूल्य (10-1000 ओम)।

वर्किंग सप्लाई करंट I_{p - करंट जिस पर स्ट्रेन गेज ध्यान से गर्म नहीं होता है। जब ज़्यादा गरम किया जाता है, तो संवेदन तत्व, आधार और चिपकने वाली परत की सामग्री के गुण बदल जाते हैं, जिससे रीडिंग विकृत हो जाती है।}
स्ट्रेन फैक्टर: s=(∆R/R)/(∆L/L), जहां R और L क्रमशः विद्युत प्रतिरोध और अनलोड किए गए सेंसर की लंबाई हैं; ∆R और L - बाहरी बल से प्रतिरोध और विरूपण में परिवर्तन। विभिन्न सामग्रियों के लिए, यह सकारात्मक हो सकता है (तनाव के साथ आर बढ़ता है) और नकारात्मक (संपीड़न के साथ आर बढ़ता है)। विभिन्न धातुओं के लिए s का मान -12.6 से +6 तक भिन्न होता है।

स्ट्रेन गेज को चालू करने की योजना

छोटे विद्युत संकेतों को मापने के लिए सबसे अच्छा विकल्प एक ब्रिज कनेक्शन है, जिसके केंद्र में एक वाल्टमीटर है। सबसे सरल उदाहरण एक स्ट्रेन गेज होगा, जिसके सर्किट को एक इलेक्ट्रिक ब्रिज के सिद्धांत के अनुसार इकट्ठा किया जाता है, जिसके एक हाथ में यह जुड़ा होता है। इसका अनलोडेड रेजिस्टेंस बाकी रेसिस्टर्स की तरह ही होगा। इस मामले में, डिवाइस शून्य वोल्टेज दिखाएगा।

स्ट्रेन गेज के संचालन का सिद्धांत इसके प्रतिरोध के मूल्य को बढ़ाना या घटाना है, यह इस बात पर निर्भर करता है कि बल कंप्रेसिव हैं या तन्य हैं।

स्ट्रेन गेज के तापमान का रीडिंग की सटीकता पर महत्वपूर्ण प्रभाव पड़ता है। यदि पुल की दूसरी भुजा में एक समान तनाव प्रतिरोध शामिल है, जो लोड नहीं किया जाएगा, तो यह थर्मल प्रभावों के लिए क्षतिपूर्ति करने का कार्य करेगा।

मापने वाले सर्किट को रोकनेवाला से जुड़े तारों के विद्युत प्रतिरोध के मूल्यों को भी ध्यान में रखना चाहिए। स्ट्रेन गेज के एक पिन और वोल्टमीटर से जुड़े एक और तार को जोड़ने से उनका प्रभाव कम हो जाता है।

यदि दोनों सेंसर लोचदार तत्व पर इस तरह से चिपके हुए हैं कि उनके भार संकेत में भिन्न हैं, तो संकेत 2 गुना बढ़ जाएगा। यदि उपरोक्त आरेख में तीरों द्वारा इंगित भार के साथ सर्किट में चार सेंसर हैं, तो संवेदनशीलता में काफी वृद्धि होगी। तार या फ़ॉइल स्ट्रेन गेज के इस कनेक्शन के साथ, एक पारंपरिक माइक्रोमीटर एक विद्युत सिग्नल एम्पलीफायर के बिना रीडिंग देगा। मल्टीमीटर का उपयोग करके प्रतिरोध मानों का सटीक रूप से चयन करना महत्वपूर्ण है ताकि वे विद्युत पुल के प्रत्येक हाथ में एक दूसरे के बराबर हों।

इंजीनियरिंग में स्ट्रेन गेज का अनुप्रयोग

तराजू के डिजाइन का हिस्सा: वजन करते समय, सेंसर का शरीर लोचदार रूप से विकृत हो जाता है, और इसके साथ एक सर्किट में जुड़ा हुआ तनाव गेज इससे चिपक जाता है। विद्युत संकेत मीटर को प्रेषित किया जाता है।
उनके निर्माण और संचालन की प्रक्रिया में भवन संरचनाओं और इंजीनियरिंग संरचनाओं के तनाव-तनाव की स्थिति की निगरानी।
मशीनिंग के दौरान विरूपण बलों को मापने के लिए तनाव गेजरोलिंग मिलों और स्टांपिंग प्रेसों पर धातु का दबाव।
इस्पात और अन्य उद्योगों के लिए उच्च तापमान सेंसर।
रासायनिक रूप से आक्रामक वातावरण में संचालन के लिए स्टेनलेस स्टील लोचदार तत्व के साथ सेंसर को मापना।

स्टैंडर्ड स्ट्रेन गेज वाशर, कॉलम, सिंपल या डबल साइडेड बीम, एस-शेप के रूप में बनाए जाते हैं। सभी संरचनाओं के लिए, यह महत्वपूर्ण है कि बल एक दिशा में लगाया जाए: ऊपर से नीचे या इसके विपरीत। गंभीर परिचालन स्थितियों के तहत, विशेष डिजाइन परजीवी ताकतों की कार्रवाई को खत्म करना संभव बनाते हैं। इनकी कीमतें काफी हद तक इसी पर निर्भर करती हैं।

स्ट्रेन गेज के लिए, कीमत सैकड़ों रूबल से लेकर सैकड़ों हजारों तक होती है। बहुत कुछ निर्माता, डिजाइन, सामग्री, निर्माण तकनीक, मापा मापदंडों के मूल्यों, अतिरिक्त इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों पर निर्भर करता है। अधिकांश भाग के लिए, वे विभिन्न प्रकार के पैमानों के घटक हैं।

निष्कर्ष

सभी तनाव गेज के संचालन का सिद्धांत लोचदार तत्व के विरूपण को विद्युत संकेत में बदलने पर आधारित है। विभिन्न उद्देश्यों के लिए, विभिन्न सेंसर डिज़ाइन हैं। स्ट्रेन गेज चुनते समय, यह निर्धारित करना महत्वपूर्ण है कि क्या सर्किट में विकृत तापमान रीडिंग और परजीवी यांत्रिक प्रभावों के लिए क्षतिपूर्ति है।