ટેનોમીટર - ટેન્સમેટ્રિક માપન ટ્રાન્સડ્યુસર્સ

સ્ટ્રેઈન ગેજ સેન્સર - એક પેરામેટ્રિક રેઝિસ્ટિવ ટ્રાન્સડ્યુસર જે તેના પર લાગુ પડેલા યાંત્રિક તાણને કારણે કઠોર શરીરના વિકૃતિને વિદ્યુત સંકેતમાં રૂપાંતરિત કરે છે.

પ્રતિરોધક દબાણ ગેજ એ એક આધાર છે જેમાં સંવેદનશીલ તત્વ જોડાયેલ છે. તાણ ગેજનો ઉપયોગ કરીને તાણ માપનનો સિદ્ધાંત એ છે કે તાણ દરમિયાન તાણ ગેજનો પ્રતિકાર બદલાય છે. ઓલ-રાઉન્ડ કમ્પ્રેશન (હાઈડ્રોસ્ટેટિક દબાણ) ની ક્રિયા હેઠળ ધાતુના વાહકના પ્રતિકારમાં ફેરફારની અસર 1856 માં લોર્ડ કેલ્વિન દ્વારા અને 1881 માં ઓડી હ્વોલસન દ્વારા શોધવામાં આવી હતી.

તેના આધુનિક સ્વરૂપમાં, સ્ટ્રેઇન ગેજ માળખાકીય રીતે સ્ટ્રેઇન રેઝિસ્ટરનું પ્રતિનિધિત્વ કરે છે, જેનું સંવેદનશીલ તત્વ તાણ-સંવેદનશીલ સામગ્રી (વાયર, ફોઇલ, વગેરે) થી બનેલું છે, જે તપાસ હેઠળના ભાગ પર બાઈન્ડર (ગુંદર, સિમેન્ટ) સાથે નિશ્ચિત છે. (આકૃતિ 1). સેન્સિંગ એલિમેન્ટને ઇલેક્ટ્રિકલ સર્કિટ સાથે જોડવા માટે, સ્ટ્રેઇન ગેજમાં વાયર હોય છે.કેટલાક સ્ટ્રેઇન ગેજ સરળ ઇન્સ્ટોલેશન માટે ડિઝાઇન કરે છે, તેમાં સંવેદનશીલ તત્વ અને પરીક્ષણ હેઠળના ભાગની વચ્ચે સ્થિત પેડ હોય છે, તેમજ સંવેદનશીલ તત્વની ઉપર સ્થિત એક રક્ષણાત્મક તત્વ હોય છે.

આકૃતિ 1 સ્ટ્રેઈન ગેજની યોજનાકીય: 1- સંવેદનશીલ તત્વ; 2- બાઈન્ડર; 3- સબસ્ટ્રેટ; 4- તપાસની વિગતો; 5- રક્ષણાત્મક તત્વ; 6- સોલ્ડરિંગ (વેલ્ડીંગ) માટે બ્લોક; 7-વાયર વાયરિંગ

સ્ટ્રેઈન ગેજ ટ્રાન્સડ્યુસરનો ઉપયોગ કરીને હલ કરવામાં આવતા તમામ વિવિધ કાર્યો સાથે, તેમના ઉપયોગના બે મુખ્ય ક્ષેત્રોને ઓળખી શકાય છે:

- સામગ્રીના ભૌતિક ગુણધર્મો, વિકૃતિઓ અને ભાગો અને માળખામાં તણાવનો અભ્યાસ;

- યાંત્રિક મૂલ્યોને માપવા માટે તાણ ગેજનો ઉપયોગ જે સ્થિતિસ્થાપક તત્વના વિરૂપતામાં રૂપાંતરિત થાય છે.

પ્રથમ કેસ વોલ્ટેજ માપન બિંદુઓની નોંધપાત્ર સંખ્યા, પર્યાવરણીય પરિમાણોમાં ફેરફારોની વિશાળ શ્રેણી, તેમજ માપન ચેનલોને માપાંકિત કરવાની અશક્યતા દ્વારા વર્ગીકૃત થયેલ છે. આ કિસ્સામાં, માપન ભૂલ 2-10% છે.

બીજા કિસ્સામાં, સેન્સર્સ માપેલા મૂલ્ય અનુસાર માપાંકિત કરવામાં આવે છે અને માપન ભૂલો 0.5-0.05% ની રેન્જમાં હોય છે.

તાણ ગેજના ઉપયોગનું સૌથી આકર્ષક ઉદાહરણ સંતુલન છે. મોટાભાગના રશિયન અને વિદેશી ઉત્પાદકોના ભીંગડા તાણ ગેજથી સજ્જ છે. લોડ સેલ સ્કેલનો ઉપયોગ વિવિધ ઉદ્યોગોમાં થાય છે: નોન-ફેરસ અને ફેરસ ધાતુશાસ્ત્ર, રાસાયણિક, બાંધકામ, ખોરાક અને અન્ય ઉદ્યોગો.

ઇલેક્ટ્રોનિક ભીંગડાના સંચાલનના સિદ્ધાંતને પ્રમાણસર આઉટપુટ ઇલેક્ટ્રિકલ સિગ્નલમાં પરિણામી ફેરફારો, જેમ કે વિરૂપતા, રૂપાંતરિત કરીને લોડ સેલ પર કાર્ય કરતા ગુરુત્વાકર્ષણ બળને માપવા માટે ઘટાડવામાં આવે છે.

ટેન્સર રેઝિસ્ટરનો વ્યાપક ઉપયોગ તેમના ઘણા ફાયદાઓ દ્વારા સમજાવવામાં આવ્યો છે:

- નાના કદ અને વજન;

- ઓછી જડતા, જે સ્થિર અને ગતિશીલ માપન બંને માટે તાણ ગેજનો ઉપયોગ કરવાની મંજૂરી આપે છે;

- એક રેખીય લાક્ષણિકતા છે;

- માપને દૂરસ્થ અને ઘણા બિંદુઓ પર કરવાની મંજૂરી આપો;

- તપાસેલા ભાગ પર તેમના ઇન્સ્ટોલેશનની પદ્ધતિને જટિલ ઉપકરણોની જરૂર નથી અને તપાસ કરેલ ભાગના વિરૂપતા ક્ષેત્રને વિકૃત કરતું નથી.

અને તેમના ગેરલાભ, જે તાપમાનની સંવેદનશીલતા છે, મોટાભાગના કિસ્સાઓમાં તેની ભરપાઈ કરી શકાય છે.

કન્વર્ટરના પ્રકારો અને તેમની ડિઝાઇન સુવિધાઓ

તાણ ગેજનું સંચાલન વિરૂપતા અસરની ઘટના પર આધારિત છે, જેમાં તેમના યાંત્રિક વિરૂપતા દરમિયાન વાયરના સક્રિય પ્રતિકારમાં ફેરફારનો સમાવેશ થાય છે. સામગ્રીની વિરૂપતા અસરની લાક્ષણિકતા એ સંબંધિત વિરૂપતા સંવેદનશીલતા K નો ગુણાંક છે, જે કંડક્ટરની લંબાઈમાં ફેરફાર સામે પ્રતિકારમાં ફેરફારના ગુણોત્તર તરીકે વ્યાખ્યાયિત થયેલ છે:

k = er / el

જ્યાં er = dr/r — વાહકના પ્રતિકારમાં સંબંધિત ફેરફાર; el = dl / l — વાયરની લંબાઈમાં સંબંધિત ફેરફાર.

નક્કર શરીરના વિરૂપતા દરમિયાન, તેમની લંબાઈમાં ફેરફાર વોલ્યુમમાં ફેરફાર સાથે સંકળાયેલ છે, અને તેમના ગુણધર્મો, ખાસ કરીને, પ્રતિકાર મૂલ્ય, પણ બદલાય છે. તેથી, સામાન્ય કિસ્સામાં સંવેદનશીલતા ગુણાંકનું મૂલ્ય આ રીતે વ્યક્ત કરવું જોઈએ

K = (1 + 2μ) + m

અહીં, જથ્થા (1 + 2μ) વાહકના ભૌમિતિક પરિમાણો (લંબાઈ અને ક્રોસ-સેક્શન) માં ફેરફાર સાથે સંકળાયેલ પ્રતિકારમાં ફેરફારને દર્શાવે છે, અને - તેના ભૌતિકમાં ફેરફાર સાથે સંકળાયેલ સામગ્રીના પ્રતિકારમાં ફેરફાર ગુણધર્મો

જો ટેન્સરના ઉત્પાદનમાં સેમિકન્ડક્ટર સામગ્રીનો ઉપયોગ કરવામાં આવે છે, તો સંવેદનશીલતા મુખ્યત્વે તેના વિરૂપતા અને K»m દરમિયાન જાળી સામગ્રીના ગુણધર્મોમાં ફેરફાર દ્વારા નક્કી કરવામાં આવે છે અને 40 થી 200 સુધીની વિવિધ સામગ્રી માટે બદલાઈ શકે છે.

બધા હાલના કન્વર્ટરને ત્રણ મુખ્ય પ્રકારોમાં વિભાજિત કરી શકાય છે:

- વાયર;

- વરખ;

- એક મૂવી.

વાયર ટેલિમીટરનો ઉપયોગ બિન-ઇલેક્ટ્રિક જથ્થાને બે દિશામાં માપવાની તકનીકમાં થાય છે.

પ્રથમ દિશા એ વોલ્યુમ કમ્પ્રેશનની સ્થિતિમાં કંડક્ટરની વિરૂપતા અસરનો ઉપયોગ છે, જ્યારે ટ્રાન્સડ્યુસરનું કુદરતી ઇનપુટ મૂલ્ય આસપાસના ગેસ અથવા પ્રવાહીનું દબાણ હોય છે. આ કિસ્સામાં, ટ્રાન્સડ્યુસર એ માપેલ દબાણ (પ્રવાહી અથવા ગેસ) ના વિસ્તારમાં મૂકવામાં આવેલ વાયર (સામાન્ય રીતે મેંગેનિન) ની કોઇલ છે. કન્વર્ટરનું આઉટપુટ મૂલ્ય તેના સક્રિય પ્રતિકારમાં ફેરફાર છે.

બીજી દિશામાં ટેન્શન-સંવેદનશીલ સામગ્રીથી બનેલા ટેન્શન વાયરની તાણ અસરનો ઉપયોગ કરવો. આ કિસ્સામાં, વોલ્ટેજ સેન્સર્સનો ઉપયોગ "ફ્રી" કન્વર્ટરના રૂપમાં અને ગુંદર ધરાવતા લોકોના સ્વરૂપમાં થાય છે.

"ફ્રી" સ્ટ્રેઇન ગેજ એક અથવા વાયરની એક પંક્તિના સ્વરૂપમાં બનાવવામાં આવે છે, જે જંગમ અને સ્થાવર ભાગો વચ્ચેના છેડે નિશ્ચિત હોય છે અને, નિયમ પ્રમાણે, એક સાથે સ્થિતિસ્થાપક તત્વની ભૂમિકા ભજવે છે. આવા ટ્રાન્સડ્યુસરનું કુદરતી ઇનપુટ મૂલ્ય મૂવિંગ ભાગની ખૂબ જ ઓછી હિલચાલ છે.

બોન્ડેડ વાયર સ્ટ્રેઇન ગેજના સૌથી સામાન્ય પ્રકારનું ઉપકરણ આકૃતિ 2 માં બતાવવામાં આવ્યું છે. 0.02-0.05 મીમીના વ્યાસ સાથેનો પાતળો વાયર, ઝિગઝેગ પેટર્નમાં મૂકવામાં આવે છે, તે પાતળા કાગળ અથવા રોગાન વરખની પટ્ટી પર ગુંદરવાળો હોય છે. લીડ્ડ કોપર વાયર વાયરના છેડા સાથે જોડાયેલા છે. કન્વર્ટરની ટોચ વાર્નિશના સ્તરથી આવરી લેવામાં આવે છે અને કેટલીકવાર કાગળ અથવા ફીલ્ડ સાથે સીલ કરવામાં આવે છે.

ટ્રાન્સડ્યુસર સામાન્ય રીતે ઇન્સ્ટોલ કરવામાં આવે છે જેથી તેની સૌથી લાંબી બાજુ માપેલા બળની દિશામાં લક્ષી હોય. આવા ટ્રાન્સડ્યુસર, પરીક્ષણ નમૂના સાથે ગુંદર ધરાવતા, તેની સપાટીના સ્તરની વિકૃતિઓને સમજે છે. આમ, ગુંદર ધરાવતા ટ્રાન્સડ્યુસરનું કુદરતી ઇનપુટ મૂલ્ય એ ભાગની સપાટીના સ્તરનું વિરૂપતા છે જેમાં તે ગુંદરવાળું છે, અને આઉટપુટ એ આ વિરૂપતાના પ્રમાણસર ટ્રાન્સડ્યુસરના પ્રતિકારમાં ફેરફાર છે. સામાન્ય રીતે, ગુંદર ધરાવતા સેન્સર નોન-ગ્લુડ સેન્સર કરતા ઘણી વાર ઉપયોગમાં લેવાય છે.

આકૃતિ 2 - બોન્ડેડ વાયર સ્ટ્રેન ગેજ: 1 - સ્ટ્રેન ગેજ વાયર; 2- ગુંદર અથવા સિમેન્ટ; 3- સેલોફેન અથવા પેપર બેકિંગ; 4-વાયર વાયર

ટ્રાન્સડ્યુસરનો માપન આધાર એ વાયર દ્વારા કબજે કરેલા ભાગની લંબાઈ છે. સૌથી વધુ ઉપયોગમાં લેવાતા ટ્રાન્સડ્યુસર્સ 30-500 ઓહ્મના પ્રતિકાર સાથે 5-20 મીમી પાયા છે.

સૌથી સામાન્ય સમોચ્ચ તાણ ગેજ ડિઝાઇન ઉપરાંત, ત્યાં અન્ય છે. જો ટ્રાન્સડ્યુસરના માપન આધારને (3 - 1 મીમી) ઘટાડવાની જરૂર હોય, તો તે વિન્ડિંગ પદ્ધતિ દ્વારા કરવામાં આવે છે, જેમાં એક ટ્યુબ પર ગોળાકાર ક્રોસ વિભાગના મેન્ડ્રેલ પર લોડ-સંવેદનશીલ વાયરના સર્પાકારને વાઇન્ડિંગ કરવામાં આવે છે. પાતળો કાગળ. આ ટ્યુબને પછી ગુંદર કરવામાં આવે છે, મેન્ડ્રેલમાંથી દૂર કરવામાં આવે છે, ફ્લેટન્ડ કરવામાં આવે છે, અને વાયરને વાયરના છેડા સાથે જોડવામાં આવે છે.

જ્યારે થર્મોકોન્વર્ટરવાળા સર્કિટમાંથી મોટો પ્રવાહ મેળવવો જરૂરી હોય છે, ત્યારે તેઓ વારંવાર વીંટળાયેલા વાયર સાથે "પાવરફુલ" સ્ટ્રેઇન ગેજનો ઉપયોગ કરે છે... તેઓ સમાંતરમાં જોડાયેલા મોટી સંખ્યામાં (30 - 50 સુધી) વાયરો ધરાવે છે, જે અલગ-અલગ હોય છે. મોટા કદમાં (બેઝ 150 - 200 મીમીની લંબાઈ) અને કન્વર્ટરમાંથી પસાર થતા પ્રવાહમાં નોંધપાત્ર વધારો સક્ષમ કરો (આકૃતિ 3).

ડ્રોઇંગ 3- ઓછા પ્રતિકાર સાથે ટેનોમીટર ("શક્તિશાળી"): 1 — સ્ટ્રેઇન ગેજ વાયર; 2- ગુંદર અથવા સિમેન્ટ; 3- સેલોફેન અથવા પેપર બેકિંગ; 4 પિન વાયર

વાયર પ્રોબ્સમાં નમૂના (સબસ્ટ્રેટ) માટે એક નાનો સંપર્ક વિસ્તાર હોય છે, જે ઊંચા તાપમાને લિકેજ કરંટ ઘટાડે છે અને સંવેદનશીલ તત્વ અને નમૂના વચ્ચે ઉચ્ચ અલગતા વોલ્ટેજ તરફ દોરી જાય છે.

ફોઇલ લોડ કોષો એડહેસિવ લોડ કોષોનું સૌથી લોકપ્રિય સંસ્કરણ છે. ફોઇલ ટ્રાન્સડ્યુસર્સ એ 4-12 માઇક્રોન જાડા ફોઇલની સ્ટ્રીપ છે, જેના પર ધાતુના એક ભાગને એવી રીતે કોતરીને પસંદ કરવામાં આવે છે કે તેનો બાકીનો ભાગ આકૃતિ 4 માં બતાવેલ લીડ ગ્રીડ બનાવે છે.

આવા ગ્રીડના ઉત્પાદનમાં, ગ્રીડની કોઈપણ પેટર્નની આગાહી કરી શકાય છે, જે ફોઇલ સ્ટ્રેઇન ગેજનો નોંધપાત્ર ફાયદો છે. ઇમેજ 4 માં, ફિગમાં, રેખીય તણાવની સ્થિતિને માપવા માટે રચાયેલ ફોઇલ ટ્રાન્સડ્યુસરનો દેખાવ બતાવે છે. 4, c — ટોર્ક માપવા માટે શાફ્ટ પર ગુંદરવાળું ફોઇલ ટ્રાન્સડ્યુસર અને ફિગમાં. 4, b - પટલ માટે ગુંદર ધરાવતા.

ડ્રોઇંગ 4- ફોઇલ કન્વર્ટર: 1- એડજસ્ટિંગ લૂપ્સ; 2- મેમ્બ્રેન ટેન્સિલ ફોર્સ પ્રત્યે સંવેદનશીલ વળાંક; 3- ડાયાફ્રેમના સંકુચિત દળો પ્રત્યે સંવેદનશીલ પરિભ્રમણ

ફોઇલ કન્વર્ટરનો ગંભીર ફાયદો એ કન્વર્ટરના છેડાના ક્રોસ-સેક્શનને વધારવાની શક્યતા છે; વાયરનું વેલ્ડીંગ (અથવા સોલ્ડરિંગ) આ કિસ્સામાં વાયર કન્વર્ટર કરતાં વધુ વિશ્વસનીય રીતે કરી શકાય છે.

ફોઇલ ડિફોર્મર્સ, વાયરની તુલનામાં, સંવેદનશીલ તત્વની સપાટીના ક્રોસ-સેક્શનલ એરિયા (સંવેદનશીલતા) માટે ઉચ્ચ ગુણોત્તર ધરાવે છે અને તે નિર્ણાયક તાપમાન અને સતત લોડ પર વધુ સ્થિર હોય છે. વિશાળ સપાટી વિસ્તાર અને નાના ક્રોસ-સેક્શન પણ સેન્સર અને નમૂના વચ્ચે સારા તાપમાનના સંપર્કને સુનિશ્ચિત કરે છે, જે સેન્સરની સ્વ-હીટિંગ ઘટાડે છે.

ફોઇલ સ્ટ્રેઇન ગેજના ઉત્પાદન માટે, ટેલિનોમીટર્સ (કોન્સ્ટેન્ટન, નિક્રોમ, નિકલ-આયર્ન એલોય, વગેરે) માટે સમાન ધાતુઓનો ઉપયોગ થાય છે, અને અન્ય સામગ્રીનો પણ ઉપયોગ થાય છે, ઉદાહરણ તરીકે, ટાઇટેનિયમ-એલ્યુમિનિયમ એલોય 48T-2, જે માપન કરે છે. 12% સુધીની તાણ, તેમજ સંખ્યાબંધ સેમિકન્ડક્ટર સામગ્રી.

ફિલ્મ ટેન્સર્સ

તાજેતરના વર્ષોમાં, બોન્ડેડ રેઝિસ્ટન્સ સ્ટ્રેઈનના મોટા પાયે ઉત્પાદન માટેની બીજી પદ્ધતિ ઉભરી આવી છે, જેમાં તાણ-સંવેદનશીલ સામગ્રીના શૂન્યાવકાશ સબ્લિમેશન અને વર્કપીસ પર સીધા છાંટવામાં આવેલા સબસ્ટ્રેટ પર તેના અનુગામી ઘનીકરણનો સમાવેશ થાય છે. આવા ટ્રાન્સડ્યુસર્સને ફિલ્મ ટ્રાન્સડ્યુસર કહેવામાં આવે છે. આવા તાણ ગેજની નાની જાડાઈ (15-30 માઇક્રોન) ઉચ્ચ તાપમાને ડાયનેમિક મોડમાં તાણને માપતી વખતે નોંધપાત્ર ફાયદો આપે છે, જ્યાં તાણ માપન સંશોધનનું વિશિષ્ટ ક્ષેત્ર છે.

બિસ્મથ, ટાઇટેનિયમ, સિલિકોન અથવા જર્મેનિયમ પર આધારિત સંખ્યાબંધ ફિલ્મ સ્ટ્રેઇન ગેજ એક જ વાહક પટ્ટી (આકૃતિ 5) ના સ્વરૂપમાં બનાવવામાં આવ્યા છે.આવા ટ્રાન્સડ્યુસરમાં જે સામગ્રીમાંથી ટ્રાન્સડ્યુસર બનાવવામાં આવે છે તેની સંવેદનશીલતાની સરખામણીમાં ટ્રાન્સડ્યુસરની સંબંધિત સંવેદનશીલતા ઘટાડવાનો ગેરલાભ નથી.

આકૃતિ 5- ફિલ્મ સ્ટ્રેન ગેજ: 1- સ્ટ્રેન ગેજ ફિલ્મ; 2- રોગાન વરખ; 3-પિન વાયર

મેટલ ફિલ્મ-આધારિત ટ્રાન્સડ્યુસરનું સ્ટ્રેઈન ગેજ ગુણાંક 2-4 છે, અને તેનો પ્રતિકાર 100 થી 1000 ઓહ્મ સુધી બદલાય છે. સેમિકન્ડક્ટર ફિલ્મના આધારે બનેલા ટ્રાન્સડ્યુસર્સમાં 50-200 ના ક્રમનો ગુણાંક હોય છે અને તેથી તે લાગુ વોલ્ટેજ માટે વધુ સંવેદનશીલ હોય છે. આ કિસ્સામાં, એમ્પ્લીફાયર સર્કિટનો ઉપયોગ કરવાની જરૂર નથી, કારણ કે સેમિકન્ડક્ટર સ્ટ્રેઇન-રેઝિસ્ટર બ્રિજનું આઉટપુટ વોલ્ટેજ આશરે 1 V છે.

કમનસીબે, સેમિકન્ડક્ટર કન્વર્ટરનો પ્રતિકાર લાગુ કરેલ વોલ્ટેજ સાથે બદલાય છે અને તે સમગ્ર વોલ્ટેજ શ્રેણીમાં અનિવાર્યપણે બિન-રેખીય છે, અને તે ખૂબ તાપમાન પર આધારિત છે. આમ, મેટલ ફિલ્મ ડિફોર્મર સાથે કામ કરતી વખતે એમ્પ્લીફાયરની આવશ્યકતા હોવા છતાં, રેખીયતા ખૂબ ઊંચી છે અને તાપમાનની અસર સરળતાથી સરભર કરી શકાય છે.