Spanningsmeter begrijpen

Een passieve transducer, zoals een rekstrookje, zet mechanische verplaatsing om in een verandering in weerstand. Het is een dun, wafelachtig apparaat dat de uitgeoefende spanning meet en met een geschikte lijm op verschillende materialen kan worden aangesloten. De resulterende spanning vervormt de spanningsmeter die aan de constructie is bevestigd als deze wordt belast. Het verhoogt de soortelijke weerstand van de meter, wat resulteert in een elektrisch signaal dat in verhouding staat tot de vervorming. Bij een verplaatsing omvat de verplaatsingssensor van de rekstrookje een structuur die aan de rekstrookje is bevestigd en elastisch vervormt.

In dit artikel leer je de definitie, toepassing, vereisten, onderdelen, diagram, typen, werking, voor- en nadelen van een rekstrookje.

Wat is een rekstrookje?

Een rekstrookje (ook wel rekstrookje genoemd) is een apparaat dat de hoeveelheid spanning op een artikel meet. Het meest voorkomende type rekstrookje, uitgevonden door Edward E. Simmons en Arthur C. Ruge in 1938, bestaat uit een isolerende flexibele rug die een metalen foliepatroon ondersteunt. Een geschikte lijm, zoals cyanoacrylaat, wordt gebruikt om de meter aan het item te bevestigen. Naarmate het object vervormt, vervormt ook de folie, waardoor de elektrische weerstand verandert. De meetfactor is een grootheid die verband houdt met de weerstandsverandering, die gewoonlijk wordt gemeten met behulp van een Wheatstone-brug.

Ingenieurs gebruiken vaak rekstrookjes om de invloed van externe krachten op een object te meten. Ze meten rechtstreeks de spanning, die kan worden gebruikt om spanning, koppel, druk, doorbuiging en een verscheidenheid aan andere statistieken af ​​te leiden.

Rek is een niet-dimensionale meting, dat wil zeggen een verhouding van de gewijzigde lengte van een object tot zijn oorspronkelijke lengte. Als gevolg hiervan treedt een positieve spanning op wanneer een materiaal wordt uitgerekt, terwijl een negatieve spanning optreedt wanneer een materiaal wordt samengedrukt. Spanning wordt gedefinieerd als de uitgeoefende kracht gedeeld door het oorspronkelijke dwarsdoorsnede-oppervlak van het object of het interne weerstandsvermogen van het object.

Toepassing

Rekstrookjes worden vaak gebruikt in de civiele techniek en geotechnische bewaking om storingen in constructies zoals bruggen, gebouwen en andere constructies te identificeren. Omdat elke aanzienlijke vervorming kan leiden tot letsel of de dood, moeten deze constructies voortdurend worden gecontroleerd. Deze meters worden veel gebruikt vanwege hun hoge precisie, vermogen om op grote afstanden van het testobject te presteren en vanwege hun gemakkelijke installatie en onderhoud gedurende lange tijdsperioden.

Testen in de buitenlucht is vaak niet hetzelfde als testen in een laboratorium onder ideale omstandigheden. Een van de redenen waarom rekstrookjes zo waardevol zijn, is dat ze onder zware omstandigheden kunnen worden gebruikt en betrouwbare, zeer nauwkeurige gegevens opleveren. Een gespecialiseerde gadget zoals een rekstrookje is vaak vereist wanneer een ingenieur producten met onregelmatige vormen test op moeilijke locaties met moeilijk toegankelijke opstellingen. Zo worden miljoenen rekstrookjes gebruikt in ruimtevaarttoepassingen om de bevindingen van CAD- (Computer-Aided Design) en FEA (Finite Element Analysis)-simulaties te controleren. Deze tests worden vaak uitgevoerd onder dynamische omstandigheden om een ​​realistisch beeld te geven van de invloed van verschillende krachten op vliegtuigen.

Statisch testen wordt ook routinematig gedaan met rekstrookjes. Draadloze telemetrie wordt gebruikt door sommige bruggen, die de testresultaten via Ethernet verzenden. Andere bruggen daarentegen worden onderworpen aan visuele inspectie of penetratietesten om oppervlaktefouten op te sporen. Hoewel deze technologieën kosteneffectief zijn, laten ze geen continue inspectie toe, wat kan leiden tot catastrofale instortingen zoals de stalen truss-brug van de I-35 Minneapolis. De federale regering bestempelde de brug in 1990 als 'structureel zwak', wat betekende dat ze jaarlijks moest worden geïnspecteerd. De brug stortte uiteindelijk in 2007 in, waarbij 13 mensen omkwamen als gevolg van een gebrek aan voortdurende bewaking van de spanningsmeter, aanzienlijke reparaties of vervanging. Hieronder volgen de meest voorkomende toepassingen van een rekstrookje:

• Meting van rek
• Restspanning meten
• Trillingsanalyse
• Meting van koppel
• Meting van buiging en doorbuiging
• Meting van compressie en spanning

Vereiste van materiaal voor rekstrookjes

Een goede rekstrookje moet het volgende kunnen:

• Het rekstrookje moet bescheiden van formaat en licht van gewicht zijn.
• Het moet extreem spanningsgevoelig zijn.
• De ijkfactor van een rekstrookje moet hoog zijn.
• Het moet eenvoudig aan het monster te bevestigen zijn.
• Het zou een snelle responstijd en weinig vertraging moeten hebben.
• Het moet het verschil kunnen zien tussen statische, voorbijgaande en dynamische belasting.
• Het moet op afstand informatie kunnen aangeven en opnemen.
• Temperatuur, vochtigheid, trillingen en andere omgevingsfactoren mogen er geen invloed op hebben.
• Het moet betaalbaar, betrouwbaar en gemakkelijk verkrijgbaar zijn in verschillende maten.

Diagram van een rekstrookje:

Soorten rekstrookjes

Er zijn verschillende soorten rekstrookjes op de markt. Hieronder volgen de verschillende soorten rekstrookjes:

• Lineaire rekstrookjes
• Membraanrozet rekstrookjes
• Dubbele lineaire rekstrookjes
• Rekstrookjes voor volledige brug
• Afschuifrekstrookjes
• Halve brug rekstrookjes
• Kolom rekstrookjes
• 45°-rozet (3 meetrichtingen)
• 90°-rozet (2 meetrichtingen).

Hieronder staan ​​enkele andere soorten vlekmeters die u tegen kunt komen:

Halfgeleider-rekstrookjes, ook wel piëzoresistief genoemd, hebben over het algemeen de voorkeur boven foliemeters voor het meten van kleine spanningen. De ijkfactor van een halfgeleidermeter is meestal hoger dan die van een foliemeter. Halfgeleidermeters zijn vaak duurder, temperatuurgevoeliger en delicater dan foliemeters.

Rekstrookjes gemaakt van nanodeeltjes lijken een veelbelovende nieuwe techniek. Vanwege hun hoge impedantie hebben deze resistieve sensoren met een actief gebied bestaande uit een samenstel van geleidende nanodeeltjes, zoals goud of koolstof, een hoge meetfactor, een groot vervormingsbereik en een laag elektrisch verbruik.

Een kwik-in-rubber rekstrookje wordt gebruikt bij biologische metingen, met name de bloedstroom en weefselzwelling. Deze rekstrookje bestaat uit een kleine hoeveelheid vloeibaar kwik ingepakt in een kleine rubberen buis die bijvoorbeeld om een ​​teen of been is gewikkeld. Wanneer een lichaamsdeel opzwelt, zet dit de buis uit, waardoor deze zowel langer als dunner wordt, waardoor de elektrische weerstand toeneemt.

Om spanning samen met een optische vezel te meten, kan glasvezeldetectie worden gebruikt. Metingen kunnen worden gedaan op willekeurige locaties samen met de vezel of op gespecificeerde punten. Ingebouwde sensoren van dit type worden gebruikt op de 2010 America's Cup-boten Alinghi 5 en USA-17.

Spanningen kunnen ook worden gemeten met behulp van andere optische technieken, zoals elektronische spikkelpatrooninterferometrie of digitale beeldcorrelatie.

Rekstrookjes op microschaal worden vaak gebruikt in MEMS om spanningen te controleren die worden veroorzaakt door kracht, versnelling, druk of geluid. MEMS-versnellingsmeters worden bijvoorbeeld vaak gebruikt om airbags in auto's te activeren. Geïntegreerde optische ringresonatoren kunnen worden gebruikt om spanning in micro-opto-elektromechanische systemen te bewaken als alternatief voor piëzo-resistente rekstrookjes (MOEMS).

Een variabele condensator wordt gebruikt in capacitieve rekstrookjes om het niveau van mechanische vervorming te detecteren.

Geotechnische en civieltechnische toepassingen maken gebruik van rekstrookjes met trillende draad. Een trillende, gespannen draad vormt de meter. De rek wordt berekend door de resonantiefrequentie van de draad te bepalen (een toename van de spanning verhoogt de resonantiefrequentie).

Geotechnische toepassingen maken ook gebruik van kwartskristal-rekstrookjes. De cruciale sensor van DART is een druksensor met een resonante kwartskristalspanningsmeter en een bourdonbuiskrachtcollector. DART detecteert tsunami-golven op de diepste diepten van de oceaan. Bij het bewaken van de druk op een diepte van vele kilometers, heeft het een drukresolutie van ongeveer 1 mm in water.

Werkingsprincipe

De werking van een rekstrookje is best interessant, het is minder complex en gemakkelijk te begrijpen. bekijk de video hieronder om een ​​visueel beeld te krijgen van hoe een rekstrookje werkt.

Voor- en nadelen van een rekstrookje

Voordelen:

Dit zijn de voordelen van een rekstrookje in zijn verschillende toepassingen:

• Omdat er geen bewegend onderdeel is, is er geen slijtage.
• Rekstrookjes zijn extreem nauwkeurig.
• Het is compact en goedkoop.
• Het heeft een breed frequentiebereik.

Nadelen:

Ondanks de voordelen van een rekstrookje, doen zich toch enkele beperkingen voor. Hieronder staan ​​de nadelen van rekstrookjes in hun verschillende toepassingen.

• Het is een niet-lineair systeem.
• Het is extreem temperatuurgevoelig.
• Het moet regelmatig worden gekalibreerd.
• Rekstrookjes moeten handmatig worden aangebracht. Het kost tijd en geld om ze op hun juiste plaats te zetten. Het is een van hun meest ernstige gebreken.

Conclusie

Een passieve transducer, zoals een rekstrookje, zet mechanische verplaatsing om in een verandering in weerstand. Het is een dun, wafelachtig apparaat dat de uitgeoefende spanning meet en met een geschikte lijm op verschillende materialen kan worden aangesloten. De resulterende spanning vervormt de spanningsmeter die aan de constructie is bevestigd als deze wordt belast. Dat is alles voor dit artikel, waar de definitie, toepassing, vereisten, onderdelen, diagram, typen, werking, voor- en nadelen van een rekstrookje worden besproken.

Ik hoop dat je veel leert van het lezen, zo ja, deel het dan met andere studenten. Bedankt voor het lezen, tot ziens!