ทฤษฎีที่อยู่เบื้องหลังเซลล์โหลดแรงตึงคืออะไร?

เมนูเนื้อหา

ทำความเข้าใจกับเซลล์โหลดความตึงเครียด

- การทำงานของเซลล์แรงดึงทำงานอย่างไร

- ส่วนประกอบสำคัญของเซลล์โหลดความตึงเครียด

การประยุกต์ใช้เซลล์โหลดความตึงเครียด

ประโยชน์ของการใช้เซลล์โหลดความตึงเครียด

ประเภทของเซลล์โหลดความตึงเครียด

ข้อควรพิจารณาในการติดตั้ง

พื้นหลังทางทฤษฎีเกี่ยวกับมาตรวัดความเครียด

- ทฤษฎีความเครียด

- การกำหนดค่าสะพาน Wheatstone

ความท้าทายและข้อ จำกัด

แนวโน้มในอนาคตของเทคโนโลยีเซลล์แรงตึง

บทสรุป

คำถามที่พบบ่อย

- 1. เซลล์โหลดความตึงคืออะไร?

- 2. เซลล์โหลดแรงดึงทำงานอย่างไร?

- 3. แอพพลิเคชั่นทั่วไปสำหรับเซลล์โหลดแรงตึงคืออะไร?

- 4. ประโยชน์ของการใช้เซลล์โหลดความตึงเครียดคืออะไร?

- 5. เซลล์โหลดแรงตึงควรได้รับการสอบเทียบบ่อยแค่ไหน?

การอ้างอิง:

เซลล์โหลดความตึงเครียดเป็นส่วนประกอบสำคัญในอุตสาหกรรมต่าง ๆ ให้การวัดที่แม่นยำของแรงดึง เซ็นเซอร์เหล่านี้แปลงแรงกลเป็นสัญญาณไฟฟ้าเพื่อให้สามารถตรวจสอบและควบคุมโหลดได้อย่างแม่นยำ บทความนี้นำเสนอ ทฤษฎีที่อยู่เบื้องหลังเซลล์โหลดแรงดึงแอ ปพลิเคชันและความสำคัญของพวกเขาในเทคโนโลยีที่ทันสมัย

ทำความเข้าใจกับเซลล์โหลดความตึงเครียด

เซลล์โหลดความตึงคือเซ็นเซอร์แรงชนิดหนึ่งที่ออกแบบมาโดยเฉพาะเพื่อวัดแรงดึง ซึ่งแตกต่างจากเซลล์โหลดการบีบอัดซึ่งวัดแรงผลักลงไปที่พวกเขาเซลล์โหลดความตึงวัดการวัดแรงดึงออกไปจากพวกเขา ความแตกต่างพื้นฐานนี้กำหนดการออกแบบและการประยุกต์ใช้

การทำงานของเซลล์แรงดึงทำงานอย่างไร

การทำงานของเซลล์โหลดความตึงนั้นขึ้นอยู่กับหลักการของเกจวัดความเครียด เมื่อใช้แรงดึงเซลล์โหลดจะเปลี่ยนรูปเล็กน้อย การเสียรูปนี้เปลี่ยนความต้านทานไฟฟ้าของเกจวัดความเครียดที่ติดอยู่กับเซลล์ซึ่งจะถูกแปลงเป็นสัญญาณไฟฟ้าตามสัดส่วนกับแรงที่ใช้

- กลไกมาตรวัดความเครียด: เซลล์โหลดความตึงที่พบมากที่สุดใช้การกำหนดค่าบริดจ์สโตนบริดจ์ด้วยเกจสี่สายพันธุ์ เมื่อเซลล์โหลดยืดภายใต้ความตึงเครียดเกจวัดความเครียดจะมีการเปลี่ยนรูปซึ่งนำไปสู่การเปลี่ยนแปลงของความต้านทานที่สามารถวัดได้อย่างแม่นยำ

- การแปลงสัญญาณไฟฟ้า: การเปลี่ยนแปลงความต้านทานสร้างสัญญาณไฟฟ้าที่สามารถสอบเทียบเพื่อสะท้อนแรงที่ใช้จริง สิ่งนี้ช่วยให้การตรวจสอบและควบคุมแบบเรียลไทม์ในแอปพลิเคชันต่างๆ

ส่วนประกอบสำคัญของเซลล์โหลดความตึงเครียด

เพื่อให้เข้าใจได้ดีขึ้นว่าเซลล์โหลดแรงดึงทำงานอย่างไรจึงเป็นสิ่งสำคัญที่จะต้องดูส่วนประกอบสำคัญของพวกเขา:

1. มาตรวัดความเครียด: เหล่านี้เป็นแถบบาง ๆ ของวัสดุที่เปลี่ยนความต้านทานเมื่อยืดหรือบีบอัด

2. ตัวโหลดเซลล์: โครงสร้างที่เป็นที่ตั้งของเกจวัดความเครียดและให้การสนับสนุนเชิงกล

3. วงจรบริดจ์ Wheatstone: การกำหนดค่าที่ใช้ในการวัดการเปลี่ยนแปลงเล็กน้อยในความต้านทานอย่างถูกต้อง

4. วงจรการปรับสภาพสัญญาณเอาต์พุต: สิ่งนี้จะแปลงสัญญาณดิบจากเกจความเครียดเป็นรูปแบบที่ใช้งานได้สำหรับอุปกรณ์การวัด

การประยุกต์ใช้เซลล์โหลดความตึงเครียด

เซลล์โหลดความตึงเครียดถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในหลายภาคส่วนเนื่องจากความหลากหลายและความแม่นยำ นี่คือแอปพลิเคชันหลักบางส่วน:

- การทดสอบวัสดุ: ใช้เพื่อกำหนดความต้านทานแรงดึงและความยืดหยุ่นของวัสดุในห้องปฏิบัติการ ตัวอย่างเช่นวิศวกรใช้เซลล์โหลดความตึงเครียดเพื่อทดสอบโลหะพลาสติกและคอมโพสิตเพื่อให้แน่ใจว่าพวกเขาได้มาตรฐานความปลอดภัย

- การผลิต: ตรวจสอบความตึงเครียดในสายเคเบิลและสายไฟในระหว่างกระบวนการผลิต ในอุตสาหกรรมเช่นการผลิตยานยนต์การรักษาความตึงเครียดที่เหมาะสมในสายรัดสายเป็นสิ่งสำคัญสำหรับความน่าเชื่อถือของผลิตภัณฑ์

- การก่อสร้าง: วัดแรงดึงในโครงสร้างเช่นสะพานและอาคารเพื่อให้แน่ใจว่าปลอดภัยและปฏิบัติตามมาตรฐานทางวิศวกรรม วิศวกรใช้การวัดเหล่านี้เพื่อประเมินความสมบูรณ์ของโครงสร้างเมื่อเวลาผ่านไป

- การบินและอวกาศ: ใช้ในการทดสอบส่วนประกอบภายใต้ความเครียดเพื่อความน่าเชื่อถือและความปลอดภัย ตัวอย่างเช่นเซลล์โหลดความตึงสามารถใช้ในระหว่างการทดสอบความล้าของส่วนประกอบเครื่องบิน

- การขนส่ง: วัดโหลดในเครนและรอกระหว่างการดำเนินการยก การวัดที่แม่นยำช่วยป้องกันการโอเวอร์โหลดที่อาจนำไปสู่อุบัติเหตุหรือความล้มเหลวของอุปกรณ์

ประโยชน์ของการใช้เซลล์โหลดความตึงเครียด

1. ความไวสูง: เซลล์โหลดความตึงสามารถตรวจจับการเปลี่ยนแปลงของการใช้งานนาทีทำให้เหมาะสำหรับการใช้งานที่ต้องการความแม่นยำ

2. การติดตั้งง่าย ๆ : หลายรุ่นมาพร้อมกับตะขอในตัวหรือจุดเชื่อมต่อสำหรับการรวมเข้ากับระบบที่มีอยู่ตรงไปตรงมา

3. ความทนทาน: ออกแบบมาเพื่อทนต่อสภาพแวดล้อมที่รุนแรงเซ็นเซอร์เหล่านี้มักทำจากวัสดุที่มีประสิทธิภาพซึ่งช่วยให้อายุการใช้งานยืนยาว

4. การวัดที่หลากหลาย: พวกเขาสามารถวัดช่วงแรงดึงต่าง ๆ จากโหลดที่เบามาก (ในการตั้งค่าในห้องปฏิบัติการ) ไปจนถึงการโหลดหนัก (ในการใช้งานอุตสาหกรรม)

5. การตรวจสอบแบบเรียลไทม์: เซลล์โหลดความตึงที่ทันสมัยจำนวนมากให้เอาต์พุตข้อมูลแบบเรียลไทม์ทำให้สามารถตอบสนองต่อเงื่อนไขการเปลี่ยนแปลงหรือโหลดได้ทันที

ประเภทของเซลล์โหลดความตึงเครียด

มีเซลล์โหลดความตึงหลายประเภทที่มีอยู่แต่ละเซลล์เหมาะสำหรับแอปพลิเคชันเฉพาะ:

ประเภท	คำอธิบาย	แอปพลิเคชัน
S-type	การออกแบบขนาดกะทัดรัด วัดทั้งความตึงเครียดและการบีบอัด	เกล็ดแขวน; การใช้งานทั่วไป
เซลล์โหลดลำแสง	มักใช้ในการตั้งค่าอุตสาหกรรม	การทดสอบวัสดุ เครื่องชั่งน้ำหนัก
โหลดกุญแจมือ	ใช้ในการยกแอปพลิเคชัน	เครน; รอก
เซลล์โหลดกระป๋อง	ออกแบบมาสำหรับแอปพลิเคชันที่มีความจุสูง	เครื่องจักรกลหนัก เครื่องชั่งอุตสาหกรรม

ข้อควรพิจารณาในการติดตั้ง

เมื่อติดตั้งเซลล์โหลดความตึงต้องพิจารณาปัจจัยหลายอย่าง:

- การจัดตำแหน่ง: การจัดตำแหน่งที่เหมาะสมเป็นสิ่งสำคัญเพื่อให้แน่ใจว่าการวัดที่แม่นยำ การเยื้องศูนย์อาจนำไปสู่การอ่านที่ผิดพลาดและส่งผลกระทบต่อประสิทธิภาพของระบบ

- สภาพแวดล้อม: เลือกเซลล์โหลดที่สามารถทนต่อความผันผวนของอุณหภูมิความชื้นและสภาพแวดล้อมการกัดกร่อนที่มีศักยภาพ ตัวอย่างเช่นสแตนเลสหรือเซลล์โหลดที่เคลือบอาจจำเป็นสำหรับการใช้งานกลางแจ้งหรือทางทะเล

- การสอบเทียบ: การสอบเทียบปกติเป็นสิ่งจำเป็นเพื่อรักษาความถูกต้องตลอดเวลา ความถี่ของการสอบเทียบขึ้นอยู่กับการใช้งาน แต่โดยทั่วไปควรทำทุกปีหรือสองครั้ง

- เทคนิคการติดตั้ง: การเลือกเทคนิคการติดตั้งที่เหมาะสมเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับประสิทธิภาพที่ดีที่สุด ตัวอย่างเช่นการใช้ฮาร์ดแวร์ที่เหมาะสมซึ่งช่วยลดแรงเสียดทานสามารถปรับปรุงความแม่นยำในการวัดได้

พื้นหลังทางทฤษฎีเกี่ยวกับมาตรวัดความเครียด

เพื่อชื่นชมอย่างเต็มที่ว่าเซลล์โหลดแรงตึงทำงานได้อย่างเต็มที่มันมีประโยชน์ที่จะเข้าใจทฤษฎีพื้นฐานที่อยู่เบื้องหลังมาตรวัดความเครียด:

ทฤษฎีความเครียด

ความเครียดหมายถึงการเสียรูปต่อความยาวของหน่วยที่มีประสบการณ์โดยวัสดุเมื่ออยู่ภายใต้ความเครียด (แรงต่อหน่วยพื้นที่) ความสัมพันธ์ระหว่างความเครียด (σ) และความเครียด (ε) กำหนดโดยกฎหมายของ Hooke:

σ = eϵϵ

ที่ไหน:

- σ = ความเครียด

- E = โมดูลัสของ Young (คุณสมบัติวัสดุ)

- ε = ความเครียด

ในแง่ปฏิบัติเมื่อแรงดึงถูกนำไปใช้กับวัสดุเช่นลำแสงโลหะหรือลวดมันจะยืดออกเล็กน้อย มาตรวัดความเครียดใช้ประโยชน์จากหลักการนี้โดยการวัดการเปลี่ยนแปลงของความต้านทานที่เกิดจากการเสียรูปนี้

การกำหนดค่าสะพาน Wheatstone

สะพาน Wheatstone เป็นวงจรพื้นฐานที่ใช้สำหรับการวัดการเปลี่ยนแปลงความต้านทานไฟฟ้าที่แม่นยำ:

1. ประกอบด้วยตัวต้านทานสี่ตัวที่จัดเรียงในรูปเพชร

2. เมื่อตัวต้านทานหนึ่งตัวเปลี่ยนแปลงเนื่องจากความเครียด (เช่นในมาตรวัดความเครียด) มันจะสร้างความไม่สมดุล

3. ความไม่สมดุลนี้สร้างความแตกต่างของแรงดันไฟฟ้าที่สามารถวัดได้อย่างแม่นยำ

การกำหนดค่านี้ช่วยให้ความไวและความแม่นยำสูงเมื่อวัดการเปลี่ยนแปลงเล็กน้อยในความต้านทานเนื่องจากโหลดที่ใช้

ความท้าทายและข้อ จำกัด

ในขณะที่เซลล์โหลดความตึงเครียดเป็นเครื่องมือที่มีประสิทธิภาพสูงพวกเขาจะมาพร้อมกับความท้าทาย:

1. ความไวของอุณหภูมิ: การเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิอาจส่งผลกระทบต่อการอ่าน ดังนั้นอาจจำเป็นต้องใช้เทคนิคการชดเชย

2. ผลกระทบการคืบ: เมื่อเวลาผ่านไปภายใต้ภาระคงที่วัสดุอาจทำให้เสียรูปเล็กน้อย (คืบ) นำไปสู่ความไม่ถูกต้องเว้นแต่จะมีการคิด

3. ข้อผิดพลาดในการติดตั้ง: การติดตั้งที่ไม่เหมาะสมสามารถนำไปสู่การจัดแนวที่ไม่ถูกต้องหรือการโหลดมากเกินไปในบางส่วนของเซลล์ซึ่งมีผลต่อประสิทธิภาพ

4. สัญญาณรบกวนสัญญาณ: เสียงไฟฟ้าสามารถรบกวนสัญญาณเอาต์พุต; การใช้เทคนิคการป้องกันที่เหมาะสมสามารถลดปัญหานี้ได้

แนวโน้มในอนาคตของเทคโนโลยีเซลล์แรงตึง

ในฐานะที่เป็นเทคโนโลยีที่ก้าวหน้าสาขาของเซลล์โหลดแรงตึงเช่นกัน:

1. เทคโนโลยีไร้สาย: การรวมการสื่อสารแบบไร้สายช่วยให้สามารถตรวจสอบระยะไกลได้โดยไม่ต้องใช้สายไฟที่ยุ่งยาก

2. เซ็นเซอร์อัจฉริยะ: การรวมเทคโนโลยี IoT ช่วยให้การวิเคราะห์ข้อมูลแบบเรียลไทม์และความสามารถในการบำรุงรักษาทำนาย

3. การย่อขนาด: เซ็นเซอร์ขนาดเล็กกำลังได้รับการพัฒนาโดยไม่ลดความแม่นยำหรือความไวทำให้เหมาะสำหรับพื้นที่ที่เข้มงวดมากขึ้น

4. วัสดุที่ได้รับการปรับปรุง: การวิจัยเกี่ยวกับวัสดุใหม่อาจนำไปสู่เซ็นเซอร์ที่ทนทานมากขึ้นซึ่งสามารถทนต่อสภาวะที่รุนแรงได้

บทสรุป

เซลล์โหลดแรงตึงมีบทบาทสำคัญในอุตสาหกรรมสมัยใหม่โดยให้การวัดที่แม่นยำของแรงดึง ความสามารถในการแปลงความเครียดทางกลเป็นสัญญาณไฟฟ้าได้ปฏิวัติวิธีที่เราตรวจสอบและควบคุมโหลดในแอพพลิเคชั่นต่างๆ การทำความเข้าใจทฤษฎีที่อยู่เบื้องหลังเซ็นเซอร์เหล่านี้เป็นสิ่งจำเป็นสำหรับวิศวกรและช่างเทคนิคที่ทำงานกับพวกเขา

ด้วยความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีอย่างต่อเนื่องเพื่อพัฒนาสาขานี้เราสามารถคาดหวังความแม่นยำและการทำงานที่มากขึ้นจากเซลล์โหลดความตึงเครียดในอนาคต

คำถามที่พบบ่อย

1. เซลล์โหลดความตึงคืออะไร?

เซลล์โหลดความตึงเป็นอุปกรณ์ที่ใช้ในการวัดแรงดึงโดยการแปลงความเครียดเชิงกลให้เป็นสัญญาณไฟฟ้า

2. เซลล์โหลดแรงดึงทำงานอย่างไร?

มันใช้งานได้โดยใช้มาตรวัดความเครียดที่เปลี่ยนรูปภายใต้ความเครียดแรงดึงเปลี่ยนความต้านทานไฟฟ้าของพวกเขาซึ่งจะวัดเป็นสัญญาณเอาต์พุต

3. แอพพลิเคชั่นทั่วไปสำหรับเซลล์โหลดแรงตึงคืออะไร?

การใช้งานทั่วไป ได้แก่ การทดสอบวัสดุกระบวนการผลิตการตรวจสอบการก่อสร้างการทดสอบการบินและอวกาศและอุปกรณ์การขนส่ง

4. ประโยชน์ของการใช้เซลล์โหลดความตึงเครียดคืออะไร?

พวกเขามีความไวสูงการติดตั้งง่ายความทนทานต่อสภาพแวดล้อมการวัดที่แม่นยำและความสามารถในการตรวจสอบแบบเรียลไทม์

5. เซลล์โหลดแรงตึงควรได้รับการสอบเทียบบ่อยแค่ไหน?

แนะนำให้ทำการสอบเทียบปกติเพื่อรักษาความแม่นยำ สิ่งนี้สามารถแตกต่างกันไปตามการใช้งาน แต่โดยทั่วไปควรทำทุกปีหรือสองปี

การอ้างอิง:

[1] https://www.interfaceforce.com/tension-load-cells-101/

[2] https://appmeas.co.uk/products/load-cells-force-sensors/tension-load-cells/

[3] https://blog.csdn.net/weixin_42468475/article/details/134052240

[4] https://www.iqsdirectory.com/articles/load-cell.html

[5] https://www.carotron.com/articles/tension-load-cells/

[6] https://graduate.shisu.edu.cn/_upload/article/34/80/BD4949214D11AB764FB3259A644C/43473032-3CB2-43B9-9BF5-65050D8519B2

[7] https://www.800loadcel.com/white-papers/how-a-load-cell-works.html

[8] https://dfe.com/support-resources/what-is-a-tension-load-cell/

[9] https://pub.bnu.edu.cn/jzyg1/b5bfe46d20cb4b8386e9296f40f72137.html

[10] https://www.hbkworld.com/en/knowledge/resource-center/articles/the-working-principle-of-a-compression-load-cell