Senzori za merenje sile

1. Senzori za merenje sile

2. Vrste senzora sile • Merne trake • Piezoelektrični senzori • Magnetostrikcioni pretvarači • Ostali tipovi senzora: optički, pneumatski, induktivni ...

3. Merne trake • Tenzootporni efekat – promena otpornosti žice pri njenom istezanju • Više vrsta traka: • Merne trake - namotajiprovodnika • Merne trake -metalne folije • Merne trake - metalni film (metalizacija) • Merne trake - poluprovodnički materijali (nelinearne) Merna traka od žice i merna traka od metalne folije

4. Tenzootporni efekat F – sila [N] L – dužina žice [mm] D – prečnik žice [mm] Merenje sile se zasniva na zavisnosti otpornosti od linearnih dimenzija žice r=D/2 [mm] ρ – specifična otpornost materijala provodnika [Ωmm2/m] S - površina poprečnog preseka provodnika [mm2] Pri malim istezanjima sila je linearno srazmerna promeni otpornosti

5. Karakteristike mernih traka • Otpornost – obično iznad 100Ω • Otpornost u nenapregnutom stanju: R0 • Osetljivost – priližno 2, kod nekih materijala dostiže i 6 • Osetljivost k: • Koeficijent termičke otpornosti • Koeficijent termičkog širenja • Elastičnost

6. Montaža mernih traka • Merne trake se pričvršćuju na površinu odgovarajućim epoksidnim smolama, ili se metaliziraju na keramički sloj • Od kvaliteta smole i samog montiranja zavisi kvalitet merenja • Merne trake se vezuju u Vitstonov most (precizno merenje malih vrednosti otpornosti)

7. Temperaturna kompenzacija • Ako termički koeficijenti trake i podloge nisu jednaki, usled promene temperature javlja se greška u merenju koja se mora kompenzovati • Najčešće korišćena metoda – metoda slepe trake

8. Materijali mernih traka • Legure na bazi bakra i nikla: • Dobre električne i termičke karakteristike, osetljivost ~2, mogu se koristiti u opsegu temperatura do oko 300°C. • Konstantan (Cu, Ni), karma (Ni, Cr, Fe, Al) • Legure na bazi platine • Za merenja u opsegu visokih temperatura od oko 1000°C. Osetljivost ~6, veliki termički koeficijent otpornosti, mala specifična otpornost • Platina (Pt), legure platine sa volframom (W) i iridijumom (Ir) • Poluprovodnički materijali na bazi silicijuma

9. Poluprovodničke merne trake • Zbog piezorezistivne karakteristike, izuzetno osetljive (k≈200) • Nelinearne, termička stabilnost i temperaturni opseg lošiji nego kod metalnih traka • Koriste se za merenja malih promena vrednosti sile

10. Primena mernih traka • Merne trake se prave u različitim oblicima, kako bi se mogla meriti naprezanja u više pravaca • Koriste se za merenja sile i naprezanja, ali i drugih veličina (ubrzanje, vibracije, pritisak, protok i dr.) • Primena u merenju naprezanja različitih mašinskih elemenata, merenje težine, na mašinama za pakovanje, u medicinskoj instrumentaciji… • Poluprovodničke merne trake se koriste u automobilima

11. Piezoelektrični senzori • Piezoelektrični efekat – pri dejstvu sile na komad piezoelektričnog materijala, na njegovim krajevima se javlja napon srazmeran primenjenoj sili. • Pretvarač je načinjen od komada kvarca na čije dve paralelne stranice je nanet metal koji predstavlja elektrode. • Pri statičkoj deformaciji indukovani elektricitet se prazni kroz priključne vodove, tako da se ovim pretvaračima ne može meriti stacionarna sila.

13. Magnetostrikcioni senzori • Rade na principu inverznog magnetostrikcionog efekta – promene magnetskih osobina materijala podvrgnutog mehaničkom naprezanju • Senzori se sastoje od feromagnetnog jezgra koje trpi silu i kalema na kojem se meri promena induktivnosti • Koriste se za merenje velike vrednosti sile – u valjaonicama, merenje težine velikih vozila itd.