Estensimetri nei sistemi di automazione

Nessun sistema di controllo automatico chiuso è concepibile senza sensori, sulla base dei quali si forma il feedback.

Sensori ... Così diversi nel design e nel principio di azione. Sensori di pressione digitali e analogici, sensori di temperatura, velocità di rotazione, sforzi, corrente, tensione, sensori di spostamento ... E questo non è l'intero elenco di tutti i tipi di sensori utilizzati in una varietà di sistemi di controllo.

ma sensor - questo è solo un dispositivo che cambia il suo segnale in proporzione al parametro misurato. E poiché il segnale più conveniente per la trasmissione e la conversione è la corrente elettrica, il principio di funzionamento della maggior parte dei sensori si basa su un cambiamento nella propria resistenza elettrica sotto l'influenza di un fattore esterno. Pertanto, i sensori con elementi tensometrici incorporati sono ampiamente utilizzati.

Che cos'è elemento estensimetro? Questo è, molto spesso, un film protetto fatto di una lega metallica (lamina), la cui resistenza elettrica è direttamente proporzionale alla deformazione che si verifica. La lega utilizzata è generalmente una miscela di nichel e rame in una certa proporzione.

È la combinazione di questi metalli che fornisce la più forte dipendenza della resistenza da influenze meccaniche esterne. Si scopre che tutto è abbastanza semplice: includevano un elemento resistore estensimetrico nel circuito, applicato una piccola tensione costante (diversi volt) ad esso, e in base all'entità della corrente giudichiamo le deformazioni, cioè la forza che agisce sul sensore.

Ma in pratica c'è un altro problema. Consiste nel fatto che anche per una lega di rame e nichel, il cambiamento di resistenza sotto l'influenza della deformazione è molto insignificante. Pertanto, è necessario utilizzare amplificatori o convertitori da analogico a digitale.

Poiché le misurazioni sono più semplici dal punto zero, un estensimetro chiamato Wheatstone Bridge viene spesso utilizzato nei sensori estensimetrici. Il bridge Wheatstone è un dispositivo a quattro terminali che include resistori R1, R2, R3 e R4 nel suo circuito. I resistori si trovano sulle spalle del ponte, cioè nei suoi rami indipendenti.

È molto importante che se tutte e quattro le resistenze del ponte di Wheatstone sono uguali, la tensione alla sua uscita sarà zero, indipendentemente dalla tensione di ingresso. E se la resistenza in almeno un braccio cambia, allora l'uscita del ponte avrà immediatamente una tensione che è facile da tracciare e che è direttamente proporzionale alla variazione della resistenza del resistore.

Questa dipendenza della tensione di uscita del ponte di Wheatstone dal cambiamento di resistenza nelle sue spalle viene utilizzata nei sensori estensimetrici. Cioè, posizionando resistori estensimetri in una o più spalle del ponte, siamo in grado di tracciare deformazioni complesse che si verificano nel sensore.

Strutturalmente, il sensore è un elemento elastico contenente estensimetri. Le resistenze ordinarie incluse nel ponte possono essere posizionate nell'ADC o realizzate in un blocco separato.

È semplicemente sorprendente il modo in cui è possibile effettuare diverse misurazioni utilizzando sensori estensimetrici simili. Gli estensimetri consentono di controllare la forza, il peso, la pressione, lo spostamento, la deformazione in sé, le vibrazioni ... Naturalmente, gli estensimetri sono una delle invenzioni più utili nel campo dell'automazione.

Alexander Molokov

Comments

[#1 Artem]

Oltre a tutti questi vantaggi, si può aggiungere che con la più piccola modernizzazione nella progettazione dell'estensimetro (tenuta), è possibile garantire il loro funzionamento a lungo termine in quasi tutte le condizioni esterne, tra cui alta temperatura, acqua diretta, neve, nebbia, alta umidità e luce solare diretta . L'intervallo della temperatura operativa dei sensori dell'estensimetro va da -40 ° a 80 ° C, con variazioni minime di temperatura nelle caratteristiche.

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