「正確さ-王の礼儀正しさ！」私たちの時代では、この中世のフランスの格言の関連性はますます高まっています。生産時や日常生活で正確な測定計算を行うために、ひずみゲージをベースにした装置がますます使用されています。
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ひずみゲージとは何ですか？ひずみゲージとは何ですか？
テンソメトリー（ラテン語のテンサスから-ストレス）は、測定されたオブジェクトまたは構造の応力-ひずみ状態を測定するための方法と手法です。機械的応力を直接測定することは不可能であるため、物体の変形を測定し、材料の物理的特性を考慮した特別な手法を使用して応力を計算することが課題です。
ひずみゲージの動作は、ひずみ効果に基づいています。これは、さまざまな変形によって抵抗が変化する固体材料の特性です。ひずみゲージセンサーは、固体の弾性変形を測定し、その値を電気信号に変換するデバイスです。このプロセスは、センサー導体が引き伸ばされたり圧縮されたりしたときにセンサー導体の抵抗が変化したときに発生します。これらは、固体の変形を測定するための機器（機械部品、構造物、建物など）の主要な要素です。
デバイスと動作原理
ひずみゲージの基本は、測定パネルの前面に固定された特別な接点を備えたひずみゲージです。測定中、パネルの敏感な接触は物体と接触しています。それらの変形が発生し、それが測定されて電気信号に変換され、ひずみゲージの測定値の処理要素と表示要素に送信されます。
機能的な使用範囲に応じて、センサーはタイプと測定量のタイプの両方で異なります。重要な要素は、必要な測定精度です。たとえば、パン屋の出口にあるロードセルロードセルは、100分の1グラムごとに重要な電子医薬品スケールにはまったく適していません。
最新のひずみゲージの種類と種類について詳しく考えてみましょう。
トルクセンサー
トルクセンサーは、エンジンのクランクシャフトやステアリングコラムなどのシステムの回転部分のトルクを測定するように設計されています。トルクひずみゲージは、接触または非接触（遠隔）法によって静的トルクと動的トルクの両方を決定できます。
ビーム、カンチレバー、エッジロードセル
これらのタイプのトランスデューサーは通常、測定の高感度と直線性のために曲げ要素が組み込まれた平行四辺形の設計に基づいて作られています。それらのひずみゲージは、センサーの弾性要素の敏感な領域に固定され、フルブリッジ方式に従って接続されます。
構造的に、ビームロードセルには、不均一な荷重分散と圧縮および引張変形の検出のための特別な穴があります。最大の効果を得るために、ひずみゲージは、ビームの最も薄い点にある特別なマークによって厳密に方向付けられます。このタイプの高精度で信頼性の高いセンサーは、プラットフォームまたはバンカースケールでマルチセンサー測定システムを作成するために使用されます。彼らは、計量バッチャー、緩い液体製品のパッカー、ケーブル張力計、およびその他の電力負荷計にその用途を見出しました。
引張および圧縮ロードセル
引張および圧縮ロードセルは通常S字型で、アルミニウムと合金ステンレス鋼でできています。測定範囲が0.2〜20トンのバンカースケールおよびバッチャー用に設計されています。 S字型の引張および圧縮ロードセルは、ケーブル、ファブリック、およびファイバーマシンで使用して、これらの材料の引張力を制御できます。
ワイヤーおよびフォイルひずみゲージ
ワイヤー ひずみゲージは、小径のワイヤーのスパイラルの形で作られ、接着剤で弾性要素または試験中の部品に取り付けられます。それらは次のように区別されます。
- 製造の容易さ;
- ひずみへの線形依存;
- 小さいサイズと価格。
欠点の中で、感度の低さ、測定誤差に対する環境の温度と湿度の影響、弾性変形の分野でのみ使用できる可能性が指摘されています。
ホイル ひずみゲージは、その高い計量品質と製造可能性のために、現在最も一般的なタイプのひずみゲージです。これは、彼らの製造のフォトリソグラフィー技術のおかげで利用可能になりました。高度な技術により、ベースが0.3 mmの単一ひずみゲージ、特殊なひずみゲージソケット、および測定グリッド材料の特性に応じて-240〜+1100ºСの広い動作温度範囲のひずみゲージのチェーンを取得できます。
ひずみゲージの長所と短所
ひずみゲージは、その特性から広く使用されています。
- ひずみゲージと調査中の部品とのモノリシック接続の可能性。
- 測定素子の厚みが薄いため、1〜3％の誤差で高い測定精度が保証されます。
- 平らな面と曲面の両方での固定のしやすさ。
- 最大50,000Hzの周波数で変化する動的変形を測定する機能。
- -240〜+1100°Cの温度範囲で困難な環境条件で測定を実行する可能性。
- 部品の多くのポイントで同時にパラメータを測定する可能性。
- ひずみゲージシステムから遠く離れた場所にある物体の変形を測定する可能性。
- 可動（回転）部品の変形を測定する機能。
欠点のうち、次の点に注意する必要があります。
- センサーの感度に対する気象条件（温度と湿度）の影響。
- 測定素子の抵抗のわずかな変化（約1％）には、信号増幅器を使用する必要があります。
- ひずみゲージが高温または過酷な環境で動作する場合、それらを保護するために特別な対策が必要です。
基本的な配線図
ひずみゲージを家庭用または工業用はかりに接続する例を使用して、これを考えてみましょう。はかり用の標準ロードセルには、4つのマルチカラーワイヤがあります。2つの入力は電源（+ Ex、-Ex）で、他の2つは測定出力（+ Sig、-Sig）です。 5本のワイヤーを使用するオプションもあり、追加のワイヤーが他のすべてのスクリーンとして機能します。ビームタイプの重量測定センサーの作業の本質は非常に単純です。入力に電力が供給され、出力から電圧が除去されます。電圧値は、測定センサーにかかる負荷によって異なります。
重量ロードセルからADCユニットまでのワイヤーの長さが重要な場合、ワイヤー自体の抵抗がはかりの読み取りに影響します。この場合、測定回路に導入されたワイヤの抵抗による誤差を補正することにより、電圧降下を補償するフィードバック回路を追加することをお勧めします。この場合、接続図には、電力、測定、および損失補償の3対のワイヤが含まれます。
ひずみゲージの使用例
- 計量要素。
- スタンピングプレスおよび圧延機への圧力による金属加工におけるひずみ力の測定。
- 建物の構造物および構造物の建設および操作中の応力-ひずみ状態の監視。
- 冶金企業向けの耐熱合金鋼製の高温センサー。
- 化学的に攻撃的な環境での測定用のステンレス鋼弾性要素を備えています。
- 石油およびガスパイプラインの圧力測定用。
ひずみゲージのシンプルさ、利便性、製造性は、計測プロセスと家庭用電化製品の測定要素としての日常生活の両方で、ひずみゲージをさらに積極的に実装するための主な要因です。
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