Quan điểm: 223 Tác giả: Tina xuất bản Thời gian: 2024-10-20 Nguồn gốc: Địa điểm
Menu nội dung
● Giới thiệu về các tế bào tải máy đo biến dạng
● Nguyên tắc tế bào tải biến dạng.
>> Vai trò của điện trở trong máy đo biến dạng
>> Cầu Wheatstone trong các tế bào tải
>> Độ nhạy của máy đo biến dạng
● Các loại tế bào tải biến dạng
● Tải các kỹ thuật hiệu chuẩn tế bào
● Độ chính xác và độ chính xác của tế bào
● Tính chất vật liệu đo biến dạng
● Những tiến bộ trong công nghệ tế bào tải trọng căng thẳng
>> Q1: Độ chính xác điển hình của ô tải máy đo biến dạng là bao nhiêu?
>> Câu 2: Các tế bào tải trọng biến dạng thường kéo dài bao lâu?
>> Câu 3: Có thể biến dạng các tế bào tải đo có thể đo các lực động không?
>> Câu 4: Các tế bào tải máy đo biến dạng bị ảnh hưởng bởi sự thay đổi nhiệt độ như thế nào?
>> Câu 5: Sự khác biệt giữa nén và tế bào tải căng là gì?
Các tế bào tải máy đo biến dạng là các thành phần cơ bản trong các hệ thống đo lường lực lượng hiện đại, đóng một vai trò quan trọng trong các ngành công nghiệp khác nhau, từ sản xuất và hàng không vũ trụ đến chăm sóc sức khỏe và vận chuyển. Các thiết bị này đã cách mạng hóa cách chúng ta định lượng và phân tích các lực, cung cấp dữ liệu chính xác và đáng tin cậy cho vô số ứng dụng. Trong hướng dẫn toàn diện này, chúng tôi sẽ đi sâu vào các hoạt động phức tạp của Các tế bào tải trọng lượng biến dạng , khám phá các nguyên tắc, ứng dụng của chúng và những tiến bộ mới nhất trong lĩnh vực này.
Tại trung tâm của mỗi tế bào tải máy đo biến dạng là một khái niệm đơn giản nhưng khéo léo: khả năng chuyển đổi lực cơ học thành tín hiệu điện. Chuyển đổi này được thực hiện thông qua việc sử dụng các đồng hồ đo biến dạng, là các dây dẫn điện nhạy cảm được thiết kế để thay đổi điện trở của chúng khi chịu căng thẳng cơ học.
Nguyên tắc cơ bản đằng sau các tế bào tải máy đo biến dạng dựa trên mối quan hệ giữa biến dạng cơ học và điện trở. Khi một lực được áp dụng cho tế bào tải, nó gây ra biến dạng một phút trong vật liệu. Biến dạng này sau đó được phát hiện bởi các đồng hồ đo biến dạng, được đặt một cách chiến lược trên bề mặt của tế bào tải.
Đồng hồ đo biến dạng thường được làm bằng một lá kim loại mỏng hoặc vật liệu bán dẫn được liên kết cẩn thận với bề mặt của tế bào tải. Khi các biến dạng của tế bào tải dưới lực ứng dụng, máy đo biến dạng trải qua sự biến dạng tương tự, gây ra sự thay đổi trong điện trở của nó. Sự thay đổi điện trở này tỷ lệ thuận với lực ứng dụng, cho phép đo và định lượng chính xác. Mối quan hệ giữa biến dạng và thay đổi điện trở được mô tả bởi yếu tố đo (GF), là thước đo độ nhạy của máy đo biến dạng. Hệ số đo được định nghĩa là tỷ lệ thay đổi phân số trong điện trở điện với sự thay đổi phân đoạn về chiều dài (biến dạng): gf = (ΔR/r)/(ΔL/L) trong đó:
- ΔR là sự thay đổi trong sức đề kháng
- R là điện trở ban đầu
- ΔL là sự thay đổi về chiều dài
- l là độ dài ban đầu
Để đo chính xác những thay đổi nhỏ trong điện trở được tạo ra bởi đồng hồ đo biến dạng, các tế bào tải thường sử dụng mạch cầu Wheatstone. Cấu hình này bao gồm bốn cánh tay điện trở, với một hoặc nhiều cánh tay chứa đồng hồ đo biến dạng hoạt động. Cầu Wheatstone cho phép đo chính xác các thay đổi điện trở nhỏ bằng cách so sánh chênh lệch điện áp trên cầu khi nó được cân bằng và không cân bằng.
Trong một tế bào tải máy đo biến dạng điển hình, nhiều đồng hồ đo biến dạng được sử dụng để tăng độ nhạy và bù cho các hiệu ứng nhiệt độ. Cấu hình phổ biến nhất là sự sắp xếp cầu đầy đủ, trong đó cả bốn cánh tay của cầu Wheatstone đều chứa các máy đo biến dạng hoạt động. Thiết lập này cung cấp độ nhạy tối đa và bù nhiệt độ.
Chức năng chính của một tế bào tải máy đo biến dạng là đo chính xác và định lượng các lực ứng dụng. Quá trình này liên quan đến một số bước chính:
1. Ứng dụng lực: Một lực bên ngoài được áp dụng cho ô tải, khiến nó bị biến dạng một chút.
2. Phát hiện biến dạng: Đồng hồ đo biến dạng liên kết với tế bào tải phát hiện biến dạng này và thay đổi điện trở của chúng cho phù hợp.
3. Sự mất cân bằng cầu: Sự thay đổi trong kháng cự gây mất cân bằng trong mạch cầu Wheatstone.
4. Đầu ra điện áp: Sự mất cân bằng này tạo ra một đầu ra điện áp nhỏ tỷ lệ thuận với lực ứng dụng.
5. Điều hòa tín hiệu: Đầu ra điện áp được khuếch đại và lọc để tạo ra tín hiệu sạch, có thể sử dụng.
6. Hiệu chuẩn: Tín hiệu sau đó được hiệu chuẩn để chuyển đổi đầu ra điện thành các đơn vị lực có ý nghĩa (ví dụ: newtons, pounds).
Độ nhạy của một tế bào tải máy đo biến dạng là một yếu tố quan trọng trong hiệu suất của nó. Nó xác định sự thay đổi nhỏ nhất về lực mà tế bào tải có thể phát hiện và đo chính xác. Độ nhạy bị ảnh hưởng bởi một số yếu tố, bao gồm:
1. Yếu tố đo: Một yếu tố đo cao hơn dẫn đến độ nhạy cao hơn đối với căng thẳng.
2. Số lượng đồng hồ đo: Sử dụng nhiều máy đo biến dạng trong cấu hình toàn cầu tăng độ nhạy tổng thể.
3. Tính chất vật liệu: Các tính chất đàn hồi của vật liệu tế bào tải ảnh hưởng đến các đặc tính biến dạng của nó và do đó, phản ứng của máy đo biến dạng.
4. Khuếch đại: khuếch đại tín hiệu thích hợp có thể tăng cường khả năng phát hiện các thay đổi lực nhỏ.
Các tế bào tải đo biến dạng tìm thấy các ứng dụng trong một loạt các ngành công nghiệp và kịch bản, nhờ tính linh hoạt, độ chính xác và độ tin cậy của chúng. Một số ứng dụng phổ biến bao gồm:
1. Trọng lượng công nghiệp: Các tế bào tải được sử dụng trong quy mô và cân bằng để đo trọng lượng chính xác trong sản xuất, hậu cần và kiểm soát chất lượng.
2. Thử nghiệm hàng không vũ trụ và ô tô: Đo lường lực trong thử nghiệm cấu trúc, kiểm tra sự cố và đánh giá hiệu suất của các thành phần.
3. Thử nghiệm vật liệu: Các tế bào tải rất cần thiết trong kiểm tra độ bền kéo, nén và mệt mỏi của vật liệu.
4. Thiết bị y tế: Lực lượng cảm biến trong chân giả, thiết bị phục hồi chức năng và hệ thống giám sát bệnh nhân.
5. Nông nghiệp: Cân của chăn nuôi, cây trồng và giám sát các silo và bể chứa.
6. Robotics và tự động hóa: Lực lượng phản hồi trong cánh tay robot và dây chuyền lắp ráp tự động.
7. Kỹ thuật dân dụng: Giám sát sức khỏe cấu trúc của cầu, tòa nhà và cơ sở hạ tầng khác.
8. Khoa học thể thao: Đo lường lực lượng trong phân tích hiệu suất thể thao và thử nghiệm thiết bị.
Có một số loại ô tải đo biến dạng, mỗi loại được thiết kế cho các ứng dụng và phạm vi lực cụ thể:
1. Các tế bào tải chùm tia S: Có hình dạng như S, các tế bào tải linh hoạt này có thể đo cả lực căng và lực nén.
2. Các ô tải điểm đơn: Lý tưởng cho thang đo nền tảng nhỏ và các ứng dụng bán lẻ.
3. Các tế bào tải hộp: Được thiết kế cho cân nặng công suất cao trong môi trường khắc nghiệt.
4. Các ô tải nút: nhỏ gọn và phù hợp cho các ứng dụng không gian hạn chế.
5. Các tế bào tải chùm tia: Được sử dụng trong quy mô xe tải, cân bể và các ứng dụng quy mô lớn khác.
6. Các ô tải bánh kếp: Thiết kế cấu hình thấp cho các ứng dụng có hạn chế chiều cao.
7. Các tế bào tải căng/nén: có khả năng đo các lực hai chiều.
Hiệu chuẩn chính xác là rất quan trọng để đảm bảo độ tin cậy và độ chính xác của các ô tải máy đo biến dạng. Quá trình hiệu chuẩn liên quan đến việc thiết lập mối quan hệ giữa sản lượng điện của tế bào tải và các lực tham chiếu đã biết. Các kỹ thuật hiệu chuẩn phổ biến bao gồm:
1. Hiệu chuẩn trọng lượng chết: Sử dụng khối lượng chính xác được biết đến để áp dụng lực cho tế bào tải.
2. Hiệu chuẩn thủy lực hoặc khí nén: Áp suất áp lực được kiểm soát để tạo ra các lực hiệu chuẩn.
3. Phương pháp ô tải tham chiếu: So sánh đầu ra của ô tải theo hiệu chuẩn với ô tải tham chiếu chính xác cao.
4. Hiệu chuẩn shunt: Mô phỏng tải trọng bằng cách giới thiệu một điện trở đã biết trên một cánh tay của cầu Wheatstone.
5. Chuỗi hiệu chuẩn: Một loạt các bước hiệu chuẩn sử dụng nhiều tiêu chuẩn tham chiếu để đạt được độ chính xác cao trên một phạm vi rộng.
Độ chính xác và độ chính xác của các ô tải máy đo biến dạng là những yếu tố quan trọng trong hiệu suất và sự phù hợp của chúng cho các ứng dụng khác nhau. Độ chính xác đề cập đến mức độ gần gũi giá trị đo được với giá trị thực, trong khi độ chính xác liên quan đến độ lặp lại của các phép đo. Các yếu tố ảnh hưởng đến độ chính xác của tế bào tải và độ chính xác:
1. Tính tuyến tính: Tính nhất quán của đầu ra của ô tải trên toàn bộ phạm vi đo của nó.
2. Độ trễ: Sự khác biệt về đầu ra khi tiếp cận giá trị lực từ việc tăng so với giảm tải.
3. Creep: Sự thay đổi đầu ra theo thời gian dưới tải không đổi.
4. Hiệu ứng nhiệt độ: Sự thay đổi đầu ra do thay đổi nhiệt độ môi trường.
5. Tải trọng lập: Lỗi gây ra bởi ứng dụng lực ngoài trung tâm.
6. Tiếng ồn và nhiễu: Tiếng ồn điện và các yếu tố môi trường ảnh hưởng đến chất lượng tín hiệu.
Để tối đa hóa độ chính xác và độ chính xác, các tế bào tải thường kết hợp các kỹ thuật bù như bù nhiệt độ, sắp xếp nhiều biến dạng và thuật toán xử lý tín hiệu tiên tiến.
Sự lựa chọn vật liệu cho cả đồng hồ đo biến dạng và thân tế bào tải ảnh hưởng đáng kể đến hiệu suất. Vật liệu đo biến dạng phổ biến bao gồm:
1. Lá kim loại: thường được làm từ hợp kim không đổi, nghiệp hoặc bạch kim, cung cấp sự ổn định và bù nhiệt độ tốt.
2. Bán dẫn: Đồng hồ đo dựa trên silicon cung cấp độ nhạy cao nhưng nhạy cảm với nhiệt độ hơn.
3. Phim mỏng: Tiền gửi trực tiếp lên bề mặt tế bào tải, cung cấp liên kết tuyệt vời và sự ổn định.
Cơ thể tế bào tải thường được làm bằng các vật liệu có tính chất đàn hồi nhất quán, chẳng hạn như:
1. Nhôm: Nhẹ và thích hợp cho các tế bào tải công suất thấp đến trung bình.
2. Thép: Cung cấp độ bền và độ bền cao cho các ứng dụng công suất cao hơn.
3. Thép không gỉ: Cung cấp khả năng chống ăn mòn để sử dụng trong môi trường khắc nghiệt.
4. Hợp kim đặc biệt: Được thiết kế riêng cho các ứng dụng cụ thể yêu cầu các thuộc tính duy nhất.
Lĩnh vực của các tế bào tải đo biến dạng tiếp tục phát triển, với nghiên cứu và phát triển liên tục dẫn đến nhiều tiến bộ:
1. Các ô tải kỹ thuật số: Kết hợp chuyển đổi tương tự trên bảng và xử lý tín hiệu để cải thiện độ chính xác và khả năng miễn dịch nhiễu.
2. Các ô tải không dây: Kích hoạt giám sát từ xa và thu thập dữ liệu mà không cần kết nối vật lý.
3. Các ô tải dựa trên MEMS: Công nghệ hệ thống cơ điện tử (MEMS) cho phép thu nhỏ và tích hợp các tế bào tải vào các thiết bị nhỏ gọn.
4. Các tế bào tải sợi quang: Sử dụng sợi quang thay vì đồng hồ đo biến dạng điện cho các ứng dụng yêu cầu miễn dịch EMI cao hoặc sử dụng trong môi trường nguy hiểm.
5. Các ô tải thông minh: Kết hợp các tính năng nâng cao như tự chẩn đoán, hiệu chuẩn tự động và ghi nhật ký dữ liệu.
6. Công nghệ nano: Khám phá việc sử dụng vật liệu nano và cấu trúc nano để tăng cường độ nhạy và hiệu suất.
Các tế bào tải trọng căng thẳng đã cách mạng đo lường lực lượng trong nhiều ngành công nghiệp, cung cấp các giải pháp chính xác, đáng tin cậy và linh hoạt để định lượng các lực cơ học. Khi công nghệ tiếp tục phát triển, chúng ta có thể mong đợi những cải thiện hơn nữa về độ nhạy, độ chính xác và khả năng tích hợp, mở ra các khả năng mới cho các ứng dụng đo lực trong một thế giới ngày càng được kết nối và dựa trên dữ liệu.
A1: Độ chính xác của các ô tải máy đo biến dạng có thể thay đổi tùy thuộc vào chất lượng và ứng dụng của chúng. Các tế bào tải chất lượng cao có thể đạt được độ chính xác từ 0,03% đến 0,25% quy mô đầy đủ. Tuy nhiên, các yếu tố như nhiệt độ, điều kiện tải và xử lý tín hiệu có thể ảnh hưởng đến độ chính xác của hệ thống.
A2: Với việc sử dụng và bảo trì đúng cách, các tế bào tải máy đo biến dạng có thể kéo dài trong nhiều năm. Tuổi thọ phụ thuộc vào các yếu tố như môi trường hoạt động, điều kiện tải và chất lượng của tế bào tải. Trong điều kiện lý tưởng, một tế bào tải được bảo trì tốt có thể hoạt động đáng tin cậy trong 10 năm trở lên.
A3: Có, các tế bào tải máy đo biến dạng có thể đo các lực động, nhưng hiệu suất của chúng phụ thuộc vào thiết kế và thông số kỹ thuật của chúng. Một số ô tải được thiết kế đặc biệt để đo lực động và có thể xử lý tải tần số cao. Tuy nhiên, đối với các phép đo động tốc độ rất cao, các công nghệ khác như cảm biến áp điện có thể phù hợp hơn.
A4: Thay đổi nhiệt độ có thể ảnh hưởng đến các tế bào tải máy đo biến dạng theo nhiều cách, bao gồm các thay đổi trong hệ số đo, mở rộng nhiệt của vật liệu tế bào tải và các biến thể trong điện trở mạch cầu. Để giảm thiểu các hiệu ứng này, các tế bào tải thường kết hợp các kỹ thuật bù nhiệt độ, chẳng hạn như sử dụng đồng hồ đo biến dạng tự bù nhiệt độ hoặc cảm biến nhiệt độ bổ sung để bù hoạt động.
A5: Các tế bào tải nén được thiết kế để đo các lực đẩy hoặc nén tế bào tải, trong khi các tế bào tải căng thẳng đo các lực kéo hoặc kéo dài tế bào tải. Một số tế bào tải, được gọi là các tế bào tải căng/nén, có thể đo cả hai loại lực. Sự khác biệt chính nằm trong thiết kế vật lý của chúng và cách các đồng hồ đo biến dạng được sắp xếp để phát hiện các lực tương ứng.
