Fonaments bàsics de les mesures de tensió

El mesurador de tensió és una de les eines més útils per mesurar amb precisió l'expansió o la contracció d'un material a mesura que s'apliquen les forces. Els indicadors de tensió també són útils per mesurar indirectament les forces aplicades si estan alineades aproximadament linealment amb la deformació del material.

Què són els indicadors de tensió

Els indicadors de tensió són sensors la resistència elèctrica dels quals varia en proporció a la quantitat de deformació (deformació d’un material).

Un mesurador de tensió ideal canviaria la seva resistència en proporció a la tensió longitudinal de la superfície a la qual està unit el sensor.

No obstant això, hi ha altres factors que poden afectar la resistència, com ara la temperatura, les propietats del material i l’adhesiu que uneix l’indicador amb el material.

Un tensímetre consisteix en una reixeta paral·lela de filferro o làmina metàl·lica molt fina unida a la superfície tensada per una fina capa aïllada d’epoxi. Quan el material adherit es cola, la deformació es transmet a través de l’adhesiu. La forma de la quadrícula està dissenyada en un patró que proporciona un canvi de resistència màxim per unitat d’àrea.

Com seleccionar el mesurador de tensió

A l’hora de seleccionar un mesurador de tensió per a una aplicació, les tres consideracions principals són la temperatura de funcionament, la naturalesa de la tensió a detectar i els requisits d’estabilitat.

Com que un mesurador de tensió es munta a una superfície tensa, és important que el mesurador es tiri igual que la superfície. El material adhesiu s'ha de seleccionar acuradament per transmetre la tensió al sensor de manera fiable en un ampli rang de temperatura i altres condicions.

El valor de resistència d’un calibrador de tensió varia en funció de la deformació aplicada segons: canvi de R / R = S on R és la resistència, e és la deformació i S és el factor de sensibilitat de deformació. Per als indicadors de làmina metàl·lica, el factor de sensibilitat a la deformació és d'aproximadament 2.

Els increments de tensió solen ser inferiors a 0,005 polzades / polzada i sovint s’expressen en unitats de microtensió. A partir de la fórmula, es veu que la resistència del mesurador de deformacions canviarà en quantitats molt petites amb la deformació donada, de l’ordre del 0,1%.

A continuació, es pot treure una lectura de tensió d'aquesta resistència en termes de mili-volts per volt (mV / V) per proporcionar el valor de mesura de la deformació.

La proporció de Poisson és una mesura de l’aprimament i l’allargament que es produeix en el material a mesura que es tensa. Si s’aplica una força de tracció a un fil resistiu, per exemple, el fil s’allargaria una mica i, al mateix temps, es faria més prim. Aquesta proporció d’aquestes dues soques és la proporció de Poisson.

Aquest és el principi bàsic de les mesures del mesurador de tensió, ja que la resistència del fil augmentaria proporcionalment a causa de l’efecte Poisson.

Com mesurar la sortida de l'indicador de tensió amb precisió

Per mesurar amb precisió un petit canvi de resistència, els calibradors de tensió gairebé sempre es troben en una configuració de pont amb una font d’excitació de tensió.

El pont de Wheatstone s'utilitza habitualment tal com es mostra al diagrama. El pont s’equilibra quan les relacions de resistència són iguals per ambdós costats, o R1 / R2 = R4 / R3. Evidentment, el voltatge de sortida és zero en aquesta condició.

A mesura que canvia la resistència del calibrador de tensió (Rg), el voltatge de sortida (Vout) canvia uns quants milliVolts, i aquest voltatge és amplificat per un amplificador diferencial per retornar un valor llegible.

Aquest circuit de Wheatstone també és molt adequat per a la compensació de la temperatura; gairebé pot eliminar els efectes de la temperatura. De vegades, el material de calibre està dissenyat per compensar l'expansió tèrmica, però això no elimina totalment la sensibilitat tèrmica.

Per aconseguir una millor compensació tèrmica, es podria substituir una resistència com R3 per un tensímetre similar. Això tendiria a anul·lar els efectes de la temperatura.

De fet, les quatre resistències es podrien substituir per sensors de manòmetre per obtenir la màxima estabilitat de temperatura. Es poden configurar dos d’ells (R1 i R3) per mesurar la compressió, mentre que els altres dos (R2 i R4) es configuren per mesurar la tensió.

Això no només compensarà la temperatura, sinó que també augmentarà la sensibilitat en un factor de quatre. com a ben establert.

Estan disponibles en mides petites i només es veuen afectats moderadament pels canvis de temperatura, aconseguint simultàniament un error inferior al +/- 0,10%. Els mesuradors de tensió de resistència unida també són molt sensibles i es poden utilitzar per mesurar tensions tant estàtiques com dinàmiques.

No obstant això, hi ha altres tipus disponibles per a determinades aplicacions, com ara piezo-resistives, resistives al carboni, semiconductores, acústiques, òptiques i inductives.

Fins i tot hi ha sensors de manòmetre basats en un circuit de condensadors.