Mérőérzékelők kiválasztásának szempontjai

9 15

1 8

9 15

R_k

4 db nyúlásmérő bélyeg teljes hídba kapcsolva

1 db nyúlásmérő bélyeg (negyed híd) Rk kompenzáló ellenállással

8.6. ábra. Nyúlásmérő bélyegek bekötési módjai.

kompenzáló ellenállás

8.7. ábra. Csatlakozó dugó nyúlásmérő bélyeghez kompenzáló ellenállással.

8.2. Mérőérzékelők kiválasztásának szempontjai

A mérőérzékelők működési elvéről a Metrológia c. részekben részletes ismertetőt adtunk, most csak néhány szempontot szeretnénk adni a laborgyakorlatokon előkerülő mérési felada-tok elvégzésére szolgáló mérőérzékelők kiválasztásához.

A mérőérzékelők konkrét, minden részletre kiterjedő paramétereit a katalógusok tartalmaz-zák, sokszor folyamatábrákkal is segítik a helyes eszköz kiválasztását. Ezért természetesen konkrétumokat (legfeljebb néhány hangsúlyozottan tájékoztató jellegű számértéket) itt nem tudunk írni, csak a kiválasztás folyamatát megkönnyíteni egyfajta iránymutatással.

8.2.1. Erőmérő cellák

Először az S/G jellegű („nyúlásmérő bélyegként viselkedő”) erőmérő cellákkal foglalko-zunk, végül, kiegészítés gyanánt, a piezoelektromos elven működő erőmérők néhány jellegze-tességét említjük.

Jellemzői általában:

 egytengelyű terhelés mérésére alkalmasak

 teljes mérőhidat alkotnak

 kisebb, legfeljebb 10-20 kHz sajátfrekvenciájúak

 lassan változó jelek mérésére is alkalmasak, mivel a creep kicsi (pl. 30 perc állandó ter-helés után a kimenő jelben ±0.06% eltérés mutatkozik)

Szempontok:

 milyen jellegű a terhelés:

o húzó, o nyomó, o húzó-nyomó?

 tápfeszültség;

 névleges, azaz maximális terhelés (méréshatár);

 érzékenység (névleges terhelésnél mekkora a kimenőjel, pl. 500 N terhelésnél 2 mV/V kimenőjelet mérhetünk);

 sajátfrekvencia.

A piezoelektromos erőmérők lényeges tulajdonsága, hogy többtengelyű terhelés mérésére is alkalmasak lehetnek, azon felül, hogy a terhelés húzó, nyomó vagy netán mindkettő. Fontos eltérés az S/G jellegű erőmérőkhöz képest, hogy a kimenőjele feszültség, azaz aktív érzékelő, és léteznek beépített erősítővel ellátott változatok (ICP) is. Sajátfrekvenciája egy nagyság-renddel nagyobb, és igen széles tartományban mozog (~ 90-900 kHz). A creep igen magas, mivel a piezokristály idővel kisül. Ez a kisülési idő ( ~ 50-2000 sec) is természetesen minden egyes érzékelőnél fel van tüntetve a katalógusokban. Az utóbbi két tulajdonság következtében a piezoelektromos érzékelőket általában dinamikus terhelések mérésére célszerű alkalmazni.

8.2.2. Gyorsulásérzékelők

Alapvetően fontos az érzékelő tömegének helyes megválasztása, amelynek nagyságrendek-kel kisebbnek nagyságrendek-kell lennie, mint annak az alkatrésznek a tömege, amelynek a gyorsulását mér-jük. Tudniillik a gyorsulás többek között az alkatrész tömegétől függ, ha pedig ezt megnövel-jük a mérőérzékelő tömegével, a kialakuló gyorsulás is változni fog, ennek a változásnak pe-dig értelemszerűen minél kisebbnek kell lennie.

A piezoelektromos gyorsulásmérők fontosabb tulajdonságai közé tartozik, hogy a piezo-erőmérőkhöz hasonlóan az áramkör véges ellenállása miatt előbb-utóbb kisülnek, ezért nagy-frekvenciás rezgések és dinamikus gyorsulások mérésére célszerű alkalmazni. Kimenőjelük villamos feszültség (töltés), méréshatásuk 100 000 g is lehet, frekvenciatartományuk kb. 0.2-900 000 Hz vagy ICP érzékelők esetén 50 000 Hz körül alakul.

A piezorezisztív gyorsulásérzékelőben a piezo-kristálynak a terhelés hatására bekövetke-ző ellenállás-változását mérjük. (Általánosságban mondhatjuk, hogy a piezorezisztív elven működő érzékelő sokkal jobban követi a változásokat, ezért lehet a mérendő jel frekvenciája is magasabb, mert az S/G jellegű érzékelők esetében meg kell várni az alkatrész illetve az ér-zékelő terhelés hatására bekövetkező alakváltozását, és kimenőjelet csak azután ad, míg a piezokristálynak sokkal kisebb az alakváltozása.). Rezgések és állandó gyorsulások mérésére is alkalmazható, méréshatára kb. 200 000 g, frekvenciatartománya kb. 0-150 000 Hz közötti.

A kapacitív illetve induktív gyorsulásérzékelők állandó gyorsulások illetve lassú, kis-frekvenciás rezgések mérésére alkalmasak, méréshatáruk kb. 1 000 g (kapacitív) és 100 g (in-duktív), frekvenciatartományuk kb. 0-3 000 Hz-ig terjed.

8.2.3. Nyúlásmérő bélyegek

A bélyeg mérete, vagyis az aktív mérőhossza általában 3-6 mm, ezen a hosszon a bélyeg a megnyúlásokat átlagolja. Ennél rövidebb bélyeg használata indokolt tehát, ha helyi feszültség-állapot, feszültségcsúcs felderítése, feszültség-gradiens meghatározása a cél. Hosszú bélyeget pedig inhomogén anyagok (pl. beton, fa stb.) mérésekor célszerű alkalmazni. Ennek oka, hogy az inhomogenitások a rugalmassági modulus megváltozását okozzák az anyagban, ezért állan-dó terhelések esetén az alkatrész nem egyformán nyúlik, a hosszú bélyeg pedig „áthidalja”

ezeket (pl. betonban a kavicsokat), és átlagolja a különböző nyúlásokat. Általánosságban el-mondható, hogy a bélyeg mérőhossza legyen kb. ötször akkora, mint az anyagban található in-homogenitás mérete.

A bélyeg méretét befolyásolhatja továbbá a bélyeg elhelyezésére rendelkezésre álló hely is.

A bélyegen található mérőrácsok számát és bélyegen való elhelyezkedését a feszültségál-lapot többtengelyűsége („rozetta”) határozhatja meg, illetve léteznek speciálisan feszültség-gradiens meghatározására szolgáló, több mérőrácsot tartalmazó nyúlásmérő bélyeg-láncok is.

A mérési környezet hőmérséklete illetve hőmérséklet változása a mérés közben sem el-hanyagolható szempont. Az adott mérőbélyeg alkalmazásának hőmérsékleti határait is tartal-mazzák a katalógusok.

Ha a mérés közben hőmérséklet-változás következik be illetve várható, célszerű hőmérsék-let kompenzálással ellátott bélyeget választani. Ez annyit jelent, hogy a bélyeg a hőmérsékhőmérsék-let változás hatására ellenkező irányú de azonos abszolút értékű ellenállás-változással reagál, mint amilyennel az alkatrész hőmérséklet változás hatására bekövetkező megnyúlására követ-kezik be. Ez tehát annyit tesz, hogy a különböző hőtágulású anyagokra különböző bélyegek lé-teznek.

A hőmérséklet változását továbbá a Méréstechnika c. részben ismertetett módon hőkompenzáló bélyeg alkalmazásával is ki lehet egyenlíteni.

A nyúlásmérő bélyeg kiválasztásakor szempont lehet, hogy változó vagy állandó terhelések mérésére kívánjuk felhasználni. Statikus terhelések hatására a mért alkatrész (pl. rugó) meg-nyúlása idővel megváltozik (creep), amit a bélyeg terhelésnövekedésként értelmezne. Ezekben az esetekben célszerű a creep-kompenzálással ellátott bélyeg alkalmazása, amelynek

műkö-dési elve hasonló a hőmérséklet-kompenzálás elvével. A bélyeg az alkatrész statikus terhelés hatására bekövetkező megnyúlása által generált mérési jelet ugyanakkora nagyságú, de ellen-tétes irányú jellel kompenzálja. Ezt a kompenzáló jelet a bélyeg statikus terhelés hatására be-következő ellenállás-változása okozza.

További szempont a maximális hajlítási sugár (pl. íves alkatrészek, tengelyek, lekerekített sarkok mérésekor) és a bélyeg maximális megnyúlása. Ez utóbbi kb. 5%, ennél nagyobb nyú-lásoknál a bélyeg és a ragasztás is károsodhat.

A változó terhelések hatásár a nyúlásmérő bélyeg is kifáradhat. Ez a kifáradás alapvetően a ciklusszámtól és a terhelés amplitúdójától függ, a terhelés időtartamától nem.

A bélyegek az alkatrész felületére ragasztással kerülnek rögzítésre. Természetesen az egyes bélyegekhez meg vannak határozva a használható ragasztóanyagok, a katalógusokban erre is találhatunk információt. Általában azért elmondható, hogy nyúlásmérő bélyeg rögzítésére ke-mény ragasztóanyagok alkalmasak (pl. pillanatragasztó vagy valamilyen műgyanta ragasztó), amely az alkatrész megnyúlását teljes egészében követi és tovább adja a bélyegnek. A rugal-mas ragasztóanyagok tehát erre a célra nem használhatóak. Továbbá a ragasztóanyag kiválasz-tásánál is természetesen lényeges szempont az alkatrész illetve a környezet hőmérséklete.