Tensometry w systemach automatyki

Nie można sobie wyobrazić zamkniętego automatycznego systemu sterowania bez czujników, na podstawie których powstaje sprzężenie zwrotne.

Czujniki ... Tak różna konstrukcja i zasada działania. Cyfrowe i analogowe czujniki ciśnienia, czujniki temperatury, prędkości obrotowe, wysiłki, prąd, napięcie, czujniki przemieszczenia ... To nie jest pełna lista wszystkich rodzajów czujników stosowanych w różnych systemach sterowania.

Ale… czujnik - to tylko urządzenie, które zmienia swój sygnał proporcjonalnie do mierzonego parametru. A ponieważ najwygodniejszym sygnałem do przesyłania i konwersji jest prąd elektryczny, zasada działania większości czujników opiera się na zmianie ich własnej rezystancji elektrycznej pod wpływem czynnika zewnętrznego. Dlatego szeroko stosowane są czujniki z wbudowanymi elementami tensometrycznymi.

Co to jest tensometr? Jest to najczęściej chroniona folia wykonana ze stopu metalu (folii), którego opór elektryczny jest wprost proporcjonalny do występującego odkształcenia. Stosowany stop jest zwykle mieszaniną niklu i miedzi w określonej proporcji.

To połączenie tych metali zapewnia najsilniejszą zależność odporności na zewnętrzne wpływy mechaniczne. Okazuje się, że wszystko jest dość proste: włączyli do obwodu element rezystora tensometrycznego, przyłożyli do niego stałe małe napięcie (kilka woltów), a na podstawie wielkości prądu oceniamy deformacje, czyli siłę działającą na czujnik.

Ale w praktyce istnieje inny problem. Polega on na tym, że nawet w przypadku stopu miedzi i niklu zmiana rezystancji pod wpływem odkształcenia jest bardzo nieznaczna. Dlatego konieczne jest użycie wzmacniaczy lub przetworników analogowo-cyfrowych.

Ponieważ pomiary są łatwiejsze od punktu zerowego, tensometr zwany Mostkiem Pszenicy jest często stosowany w czujnikach tensometru. Most Wheatstone'a to czterozaciskowe urządzenie, które zawiera oporniki R1, R2, R3 i R4 w swoim obwodzie. Rezystory znajdują się na ramionach mostu, to znaczy w jego niezależnych gałęziach.

Bardzo ważne jest, aby jeśli wszystkie cztery rezystancje mostka Wheatstone'a były równe, napięcie na jego wyjściu wyniesie zero, niezależnie od napięcia wejściowego. A jeśli rezystancja w co najmniej jednym ramieniu ulegnie zmianie, wówczas wyjście mostka będzie miało natychmiastowe napięcie, które jest łatwe do śledzenia i które jest wprost proporcjonalne do zmiany rezystancji rezystora.

Ta zależność napięcia wyjściowego mostka Wheatstone'a od zmiany rezystancji w jego barkach jest wykorzystywana w czujnikach tensometrycznych. Oznacza to, że umieszczając rezystory tensometryczne w jednym lub kilku ramionach mostka, jesteśmy w stanie śledzić złożone deformacje występujące w czujniku.

Strukturalnie czujnik jest elastycznym elementem zawierającym tensometry. Zwykłe rezystory zawarte w mostku można umieścić w ADC lub wykonać w osobnym bloku.

To po prostu niesamowite, jak różnorodne pomiary można wykonywać przy użyciu podobnych czujników tensometrycznych. Tensometry pozwalają kontrolować siłę, ciężar, ciśnienie, przemieszczenie, deformację samą w sobie, wibracje ... Oczywiście tensometry są jednym z najbardziej przydatnych wynalazków w dziedzinie automatyzacji.

Alexander Molokov