Takistusliku deformatsiooniga paelade valikumeetod

Takistusdeformatsioonandureid (lühidalt deformatsioonandurid) kasutatakse struktuuride mehaanilise venituse teisendamisel takistusmuutusteks ning neid leidub laialdaselt kasutusel koormusrakkudes, jõuandurites, konstruktsioonide tervisejälgimises, lennundustestimises ja muudes valdkondades. Nende valik määrab otseselt mõõtesüsteemi täpsuse, stabiilsuse ja kasutusiga. Põhiline loogika on „kahepoolne vastavus deformatsiooniomaduste ja kasutustingimuste vahel“ – vältides parameetrite üleliigset kasutamist tingitud kulu ja ennetades mõõtmisvead ebapiisava toime tõttu. Allpool toodud on täielik valikumeetod, mis ühendab tehnilisi parameetreid, keskkonnaga sobivust ja praktilisi olulisi aspekte täpse valiku tagamiseks.

Samm 1: Põhiliste mõõtmisnõuete ja rakendusskenaariumide selgitamine (valiku eeldus)

Enne valikut on vajalik määratleda "mõõdetava pinge liik, mõõtmistingimused ja paigaldusviis", mis moodustab järgmise parameetrite valiku aluse ja vältib liigset suud puhta jõudluse järele.

1. Põhimõõtmisnõuete määratlus

• Pinge liik ja ulatus: Selgitada välja mõõdetava komponendi pingeloomus (staatiline pinge, näiteks konstruktsiooni püsikoormuse deformatsioon, dünaamiline pinge, näiteks masinavibratsioonipinge) ning maksimaalne pinge väärtus, säilitades 1,2–1,5-kordse ohutusvaruga. Näide: kui tegelik maksimaalne pinge on 1000με, tuleb valida pingegauges 1200–1500με ulatusega; dünaamilise pinge (nt impulsskoormuse) puhul soovitatakse säilitada 1,5–2-kordne ohutustegur, et vältida tundliku võrgu kahjustamist hetkelise ülekoormuse tõttu.
• Täpsusnõue: kas on tegemist kvalitatiivse jälgimisega (nt struktuursete pragude varajane hoiatus), kvantitatiivse analüüsiga (nt andurite kalibreerimine) või täppismõõtmisega (nt laboratoorses pinge testimine)? Näide: koormusrakkide tõmmekihid peavad vastama tundlikkuse veale ±0,1%, struktuurse tervise jälgimisel võib viga olla ≤±0,5% ja laboratoorse täppismõõtmise puhul nõutakse ≤±0,05%.
• Jõusuund: kas komponent on allutatud ühesuunalisele jõule (nt konsolbaasi painutamine), kahe suunalisele jõule (nt masinaosad tasandpinge olekus) või mitmesuunalisele jõule (nt keerulised struktuurnoodid)? Valige ühesuunalise jõu korral ühe telje tõmmekiht ja kahe- või mitmesuunalise jõu korral kahe telje (täisnurga, tõmme rooset) või mitmest teljest koosnevad tõmmekihid.
• Mõõtmise sagedus: dünaamilise mõõtmise puhul tuleb selgeks teha deformatsiooni signaali sagedusvahemik. Deformatsioonanduri reaktsioonisagedus peab olema ≥3 korda suurem kui mõõdetava signaali sagedus (et vältida signaali moonutamist). Näide: 50 Hz võnkumisdeformatsiooni mõõtmiseks tuleb valida deformatsioonandur, mille reaktsioonisagedus on ≥150 Hz.

2. Paigaldus ja konstruktiivsed tingimused

• Komponendi pinnatunnused: kas komponendi pind on lame, kumer (mis on kõveruse raadius) või erilise kuju? Paindlikud deformatsioonandurid (nt fooliumtüüpi) sobivad kumeratele komponentidele, väikese kõverusraadiuse (≤10 mm) korral on vajalikud lühikesed rasterpikkusega andurid; tüübid tugeva aluspinnaga adhesiooniga sobivad rohkestele pindadele.
• Paigaldusruum: kitsastes komponentide alades (nt täpsusdetailide faaside) jaoks on vajalikud miniatuursed tõmbeandurid (võres pikkus ≤2 mm), suurte komponentide puhul saab tõmbe ühtlustuse alusel valida keskmise ja pika võre pikkusega tõmbeandurid.
• Paigaldusviis: Kas paigaldus toimub toatemperatuuril liimimise teel, kõrgetemperatuuril keevituse teel või ajutise kleepimisega? Kõrgetemperatuuriliste olukordade jaoks on vajalikud keevitatavad tõmbeandurid, ajutiseks jälgimiseks sobivad magnetilise imumisega tõmbeandurid.

3. Töökeskkonna tingimused

• Temperatuurivahemik: Tuleb selgelt määrata töökeskkonna tavatemperatuur (-20 ℃ ~ 60 ℃), keskmine temperatuur (60 ℃ ~ 200 ℃), kõrge temperatuur (200 ℃ ~ 1000 ℃) või madal temperatuur (<-20 ℃). Tõmbeanduri temperatuurikompen-satsiooni vahemik peab hõlmama täielikult tegelikku temperatuuri, et vältida täpsuse langust temperatuurilahutuse tõttu.
• Keskmine keskkond: kas on niiskus (näiteks vee all, niiske töökojad), korrosioon (näiteks hapke-alus gaasid, õli загрязнение keemiatöökojades), tolm või tugev kiirgus? Niiskele keskkonnale on vajalikud veekindlad tõmbeandurid, korrosioonikindlate materjalide (näiteks nikkel-kroom sulamvõrgustikud, polüimiidist alusmaterjalid) kasutamine on vajalik korrosioonilisele keskkonnale, tuleb kasutada ka kinnitustihendust.
• Segavate tegurite mõju: kas esineb tugev elektromagnetiline segav (näiteks mootorite lähedal, kõrgepinge seadmete juures) või vibreeriv mõju? Tugevate segavate tingimuste puhul on vajalikud tõmbeandurid ekraanikihiga, vibreeriva mõju korral on vajalikud andurid, millel on alusmaterjalid ja liimid, mis omavad hea plastilisuse.

Samm 2: Põhitehniliste parameetrite valik (täpne vastavus nõuetele)

Nõuete selgimise järel keskenduge tõmbeanduri põhitehnilistele parameetritele, mis on valiku põhiline etapp ja määrab otseselt mõõtmistulemuse.

1. Tundlike võrgustike põhiparameetrid (määravad põhilise mõõtmisjõudluse)

• Takistus: tavaline takistusväärtus tõmbeanduritel on 120Ω (ühildub enamiku tõmbeanduritega, kõige suurema universaalsusega), kuid leidub ka spetsifikatsioone nagu 350Ω ja 1000Ω. Kõrge takistusega tõmbeandurid on sobivad väikese võimsustarbimisega süsteemidele ning 120Ω tõmbeanduritel on tööstusskaalas kõige parem hind-kvaliteedi suhe. Valikul veenduge, et tõmbeanduri takistusväärtus vastaks tõmbeanduri sisendtakistusele (hälve ≤±5%), et vältida signaali nõrgenemist.
• Mõõdikute tegur: Näitab proportsionaalset suhet deformatsiooni ja takistuse muutuse vahel (tavaarv 2,0±0,02), mis on oluline parameeter deformatsiooniväärtuse arvutamisel. Valikul tuleks eelistada deformatsioonimõõtikuid, mille mõõdikute tegur on hea järjepidevusega (partii kõrvalekalle ≤±1%), eriti siis, kui mitut mõõtikut kasutatakse sildis (näiteks koormusanduri täissillil), kuna halb järjepidevus viib mõõtemäära suurendatud viga.
• Retsi pikkus ja laius: Retsi pikkus määrab deformatsioonimõõtiku „keskmise mõõteulatuse“. Väike retsi pikkus (0,2~2 mm) sobib kohaliku deformatsiooni mõõtmiseks (nt lõheripaste otsades), keskmine retsi pikkus (3~10 mm) sobib tavakomponentidele ning suur retsi pikkus (10~100 mm) sobib suurte komponentidele väikese deformatsioonigradiendiga. Retsi laius peab vastama komponendi jõusuunale: ühesuunalise jõu korral kitsas retsi laius ja kahe suuna jõu korral lai retsi laius või deformatsioonirosetti struktuur.
• Tundlik võrgumaterjal:
  • Vask-nikli sulam (Constantan): Eelistatud tavatemperatuuri tingimustes (-20℃~150℃), väikese temperatuurikordajaga ja hea stabiilsusega, sobib koormusandurite ja konstruktsioonide jälgimiseks;
  • Nikli-kroomi sulam (Karma): Kesksete ja kõrgete temperatuuride juures (-50℃~400℃), kõrge tundlikkusega, sobib mootorite ja kõrgetemperatuuriliste torujuhtude jälgimiseks;
  • Platina-iriidiumi sulam: Kõrgete temperatuuride juures (400℃~1000℃), tugeva korrosioonikindlusega, sobib lennukitehnikale ja metallurgilisele seadmele;
  • Pooljuhtmaterjalid: Erakordselt kõrge tundlikkus (50~100 korda suurem kui metallidel), kuid halva temperatuuristabiilsusega, sobib laboratoorse täpsusmõõtmiseks.

2. Alusmaterjali ja liimi parameetrid (määravad keskkonnamugavuse)

• Alusmaterjali materjal:
  • Paberialus: Madala hinnaga, kergesti kleepitav, sobib tavatemperatuuri ja kuivade keskkondade (≤60℃) jaoks, näiteks ajutiseks tsiviiltehniliste seadmete jälgimiseks;
  • Fenoolsete liimainete alus: temperatuurikindlus 120 ℃, hea õlitakistus, sobib tavapäraste tööstusmasinatele;
  • Polüimiidialus: temperatuurikindlus 250 ℃, korrosioonikindel ja veekindel, sobib keemiliste, niiskete ning keskmise ja kõrgema temperatuuriga keskkondadele;
  • Keraamiline alus: temperatuurikindlus üle 1000 ℃, sobib kõrgetemperatuurilistele põletustellidele ja lennukimootoritele.
• Liimtüüp: peab vastama alusmaterjalile ja töötemperatuurile. Tavaliste temperatuuritingimuste puhul kasutatakse tsüanoakrülaatset (kiiresti kuivavat) liimi, keskmise temperatuuri puhul epoksüliimi (temperatuurikindlus 150 ℃) ja kõrge temperatuuri puhul anorgaanilisi liime (temperatuurikindlus üle 500 ℃). Liimi nihkekindlus peab olema ≥2 MPa, et vältida tõmmekonstantide lahtikustumist.

3. Temperatuurikompenatsiooni parameetrid (mõõtmisstabiilsuse kindlaksmääramine)

• Temperatuurikompenatsiooni meetod:
  • Isekompenseeruvad tõmmatundurid: valides tundliku võrgumaterjali, kompenseeritakse temperatuuri põhjustatud takistusmuut komponendi termilise laienemisega, sobiv ühematerjaliliste komponentide (nt teras, alumiinium) jaoks, lihtne paigaldada ning eelistatud tööstussüsteemides;
  • Tundurite kompenseerimine: täiendavad samast mudelist töötundurid kantakse mittekoormatud identsetele komponentidele ja temperatuurivigade kompenseerimine toimub läbi ahelate, sobiv keeruliste temperatuuriväljade või mitmematerjaliliste komponentide jaoks.
• Temperatuurikompenseerimise vahemik: peab hõlmama tegelikku töötemperatuuri vahemikku. Näide: -10 °C–80 °C töökoja keskkonnas tuleb valida tundur kompenseerimisvahemikuga -20 °C–100 °C, et tagada temperatuurireserve.

4. Konstruktsioon ja juhtmete parameetrid (määravad paigalduse ja signaaliedastuse)

• Tõmmatunduri konstruktsioon:
  • Üheaktsiaalsed tõmmekihid: ühesuunaliste jõukoldejuhtude jaoks (näiteks konsolpalkide, tõmbevarraste jaoks), lihtne struktuur ja madal hind;
  • Kaheaktsiaalsed tõmmekihid (täisnurksed tõmmekihid): kahe suuna jõukoldejuhtude jaoks (näiteks tasapinnalise pinge komponentide jaoks), võimaldavad mõõta deformatsioone kahe risti oleva suuna korraga;
  • Tõmmekihtrosetid (45°, 60°): mitmesuunaliste jõukoldejuhtude jaoks (näiteks konstruktsioonide sõlmpunktides, keerulistes detailides), võimaldavad arvutada peadeformatsiooni ja peapainde suunda, sobivad pingeanalüüsiks.
• Juhtmete spetsifikatsioonid: juhtmete materjaliks on tavaliselt hõbedaga plaatitud vasejuhtmed. Normaaltemperatuuri tingimustes kasutatakse PVC-isoleeritud juhtmeid ja kõrgetemperatuuritingimustes PTFE-isoleeritud juhtmeid. Juhtme pikkus peab vastama mõõtekaugusele. Pikkade ülekannete puhul (>10 m) on vajalikud ekraanikihiga juhtmed elektromagnetilise segatuse vältimiseks.

Samm 3: Stsenaariumile kohandamine ja valikuvigu vältimine

Valige tõmbeahela andurid erinevate rakendusscenariumite omaduste põhjal ning vältige levinud valikuvigu, et tagada mõõtesüsteemi stabiilsus ja usaldusväärsus.

1. Tüüpiliste stsenariumide valiku näited

2. Tavalised valikuvigu ja nende vältimise meetodid

• Viga 1: Keskpunkt ainult tundlikkusteguril ja jääb arvestamata kooskõlalisusest – kui mitut andurit kasutatakse sildis, põhjustab isegi üksiku anduri standarditele vastav tundlikkustegur suured partii kõrvalekalded (>±1%) sildi ebakindluse ja mõõtemäära vea kiire kasvu. Vältimine: Nõuda tarnijatelt sama partii deformatsioonandurite tundlikkusteguri testimise aruandeid ning piirata kõrvalekallet vahemikus ±0,5%.
• Viga 2: Võrgu pikkuse ja deformatsiooni gradienti vahel puudub vastavus – suure võrgu pikkusega tõmmatunde andurite valimine kohalikes tõmmekontsentratsioonipiirkondades, nagu näiteks praod, viib mõõdetud väärtuste "keskmistamiseni" ja reaalse tõmbe mittesobivasse kajastumisse. Vältimine: valige võrgu pikkusega ≤2 mm piirkondades, kus on suur deformatsiooni gradient, ja 5~10 mm ühtlase deformatsiooniga piirkondades.
• Viga 3: Temperatuurikompensatsiooni ja komponendi materjali sobivuse ignoreerimine – terasekompensatsiooniga tõmmatunde andurite kasutamine alumiiniumkomponentidel põhjustab tõsiseid temperatuurivigu termiliste laienemiskordajate erinevuste tõttu. Vältimine: valige iseendkompenseeruvad tõmmatunde andurid vastavalt komponendi materjalile (teras, alumiinium, vas, jne.).
• Viga 4: „Ümberkäimine“ keskkonnakohastuvuse parameetritega – niiskes keskkonnas tavaliste pabersubstraadsete tõmmekiuandurite valimine ilma tihenduseljakatteta põhjustab lühikese aja jooksul niiskuse tõttu substraadi rikkumise. Vältimine: valige sobivad substraadimaterjalid vastavalt keskkonna klassile (niiske/korrosiivne/kõrge temperatuur) ja vajadusel lisage veevastase tihenduskiht.

Samm 4: Lisamärkused praktikas valimisel

• Sildi ühilduvus: Kui mitu andurit moodustavad täissildi/poolsildi ahela, veenduge, et tõmmekiuandurite takistusväärtus, tõmmekordaja ja temperatuurisoodused oleksid ühesugused. Soovitame valida sama partii seerias, et vähendada sildiveasid.
• Kalibreerimisnõuded: Kaupade tehingutes (nt koormusanduritel) või täppistemõõtmistes kasutatavate tõmmekiuandurite puhul valige jälgitavaid markasid, et tagada toodete läbimine metroloogilise sertifitseerimise, mis hõlbustab järgnevaid süsteemikalibreeringuid.
• Paigaldusprotsessi vastendamine: Kõverate komponentide puhul kinnitage tõmbeanduri paindlikkuse jõudlus ette (paindlik paindumisraadius ≤ komponendi kõverusraadius). Keevitatavate tõmbeandurite puhul sobitage vastav keevitusseade ja protsess.
• Tarnija toetus: Eelistage tarnijaid, kes pakuvad tehnilist toetust. Teavitage neid komponendi materjalist, jõutingimustest ja keskkonnatingimustest, et saada täpsemad valikusoovitused ning vältida iseseisva valiku pimedust.

Kokkuvõte: Takistustõmbeanduri valiku põhiloogika

Takistusvõlli valiku olemus on suletud tsükkel "nõude dekompositsioon → parameetrite sobitamine → stsenaariumi kinnitus": esmalt tuleb dekomponeerida neli põhinõuet – "deformatsiooni vahemik, täpsus, keskkond ja paigaldus", siis sihikindlalt sobitada olulised parameetrid, nagu tundlik võre, alusplaat ja temperatuurikompenatsioon, ning lõpuks kinnitada valiku õigsust stsenaariuminäidete ja veapreventsioni kaudu.

Kui valik on endiselt ebamääras, võite tarnijale esitada järgmise teabe: ① Komponendi materjal ja koormuse liik (ühe-/kahepoolne); ② Maksimaalne deformatsiooniväärtus ja täpsusnõue; ③ Töötemperatuur ja meediumikeskkond; ④ Paigaldusruum ja meetod. Tarnija saab kiiresti sobiva mudeli välja valida.