Trådtöjningsgivare TTG. Zoran Markovski

Transkript

1 Trådtöjningsgivare TTG Zoran Markovski

2 Mekanisk Konstruktion Belastning deformation Dragkraft töjning Tryckkraft komprimering

3 Hur mäter vi denna förändring

4 Transduktor (eng. tansducer) Omvandlar en fysisk signal till en elektrisk signal Kraft/töjning elektrisk spänning

5 Trådtöjningsgivare TTG Principen: Resistansen hos en ledare som utsätts för töjning ändras Omvandling av icke elektrisk storhet till en elektrisk parameter

6 TTG parametrar Betrakta en lång, tunn tråd av ledande material med, å ä å ä Trådens resistans, ges av följande samband:

7 TTG parametrar Tråden utsätts för en dragkraft töjning Resistansen ökar med Δ Relativa resistansen,

8 TTG parametrar Givarfaktorn, metaller 2 halvledare 200

9 TTG parametrar Önskvärt att, Resistansändringen blir stor för en given töjning Givarfaktorn, ökar

10

11 TTG parametrar Töjningen resultat av yttrekrafter men, kan även uppkomma genom temperaturförändringar

12 TTG parametrar Temperaturberoendet för resistiviteten, 1 ö ä värden 0, ,00003 Halvledare: värdet mycket större och olinjärt, Metaller: =2 Halvledare: =200

13 TTG uppbyggnad En tunn tråd klistrad i en slinga på ett basmaterial Icke försumbar trådlängd transversalriktningen Transversalkänslighet Förändring i givarens resistans De trådar som går på tvären görs bredare

14 TTG uppbyggnad Folietyp Framställning etsningsteknik Tråden (metall, halvledare) Foliebas (papper, plast, bakelit )

15 TTG uppbyggnad Givare för viss tillämpning? 1. Material, givaren tillverkad av (tråd, folie) 2. Givarens storlek, utförande (tråd, folie, rosett) 3. Basmaterial, givaren placerad på 4. Klister, fästning av givare på undersökta materialet 5. Anslutning mellan givare och brygga

16 TTG egenskaper 1. Givarmaterial 2. Givarkonstruktion 3. Basmaterial 4. Klister 5. TTG anslutning

17 TTG egenskaper 1. Givarmaterial påverkar direkt mätresultatet Givarfaktorn ( temp. beroende), välj lågt värde Dynamiks mätningar eller snabba varierande töjningar utmattning Likspänningsbrygga termo EMK mot koppar Temp.kompenserade givare längdutvidgningskoefficienterna för undersökta och givarmaterialet välja så lika som möjligt, samt att resistivitetens temperatur koefficient är låg enligt c k a b längdutvidgningkoefficienten för undersökta materialet längdutvidgningkoefficienten för givarmaterialet ö.

18 TTG egenskaper 2. Givarkonstruktion Olika storlekar och varierande resistanser Generellt stor givare o Mätobjektet (storlek och utformning) o Motståndskraft mor krypning o Klistring bättre Olika utformningar o Mätning i olika riktningar (rosettgivare) o Mätning av fler storheter samtidigt (flertrådsanslutningar: temp.mätning)

19 TTG egenskaper 3. Basmaterial Givarens användning vid höga temp. Olika material o Papper impregnerat med nitrocellulosa upp till 60⁰C o Epoxiföreningar upp till 120⁰C o Bakelit impregnerat glasfiber upp till 200⁰C Givare utan basmaterial, fritrådsgivare o Nichrome legering (Ni och Cr) o Höga temp. och dynamiska mätningar o Besvärliga att applicera

20 TTG egenskaper 4. Klistring av TTG En eller två komponentslim Torkningstid Vidhäftning Basmaterial och mätobjektet Temp. uthållighet o Flamsprutning (keramisk material över givaren) Får inte påverka vårt mätresultat!

21 TTG Fastsättning av givare på mätobjektet Klistringen Ta över hela ytan Inga luftfickor Klisterskiktet skall vara tunn Tålamod och erfarenhet krävs!!!

22 TTG Fastsättning av givare på mätobjektet Att änka på Ytan rengöras från fett, smutts mm * Filas eller sandpappras tills den är slät. Så givaren får kontakt över hela ytan * Ytan tvättas efter putsning * Ytan torkas med bomullssudd tills alla smuts kommer bort, så att bomullen inte missfärgar Efter putsningen måste det finnas små repor i materialet så att klistret fäster (ytan får inte poleras) * Baksidan av givaren tvättas på samma sätt från fett och smutts Kontrollera givarens elektrisk innan den klistras (inget avbrott) * Klistringen kan nu påbörjas Frikostigt med lim för att undvika luftfickor * Riktigt limmad givare har alltid ett litet överskott av lim utmed kanterna Pressa givaren på mätobjektet (med ett radergummi) Fixera givaren genom att sätta någon tyngd tills limmet härdat

23 TTG Fastsättning av givare på mätobjektet Att änka på Efter klistring, kontrollera isolationen mellan givare och mätobjekt (600MΩ, men även acceptabelt ner till 100MΩ, för låga värden kan bero på att fukt trängt in i basmaterialet * Torkning kan behövas med värmelampa Givaren bör skyddas med ett fukt skyddande skikt. Beroende av basmaterial och temperaturkrav finns olika typer, s.k. water repellers, t ex fett, vax, silikon. Förhindra fukt att tränga in i lim och basmaterial och ge upphov till töjningar, dels att förhindra att töjningsgivarens resistans ändras genom shuntade motstånd uppkommer genom att basmaterialet och lim blir ledande då de absorberar vatten Vid första belastningen efter klistring kan givarna uppvisa hysteres som kan ge upphov till ett linjäritetsfel på något procent. Felet försvinner ofta efter några gångers belastning och avlastning. Långvarig statisk belastning kan klistret och basmaterialet ge efter, så att givaren fjädrar tillbaka mot utgångsläget, krypning. Detta är framförallt ett problem vid förhöjd temperatur.

24 TTG Fastsättning av givare på mätobjektet Att änka på sammanfattning Gör det du är duktig på, låt någon annan göra resten!

25 TTG egenskaper 5. TTG i bryggkoppling Lödning Punktsvetsning dynamiska mätningar o Bättre motståndskraft mot utmattning Snabbkopplingar (givare och brygga) o Kräver inga verktyg

26 TTG Wheatstone sbrygga

27 TTG Wheatstone sbrygga

28

29 Trådtöjningsgivaren TTG Vad är det vi mäter? Resistansändringen som trådtöjningsgivaren visar är helt beroende av töjningen som givaren själva utsätts för Vad är vi intresserade av? Töjningen som själva mätobjektet utsätts för

30 Trådtöjningsgivaren TTG Vad krävs för att båda storheterna skall bli identiska? Givaren vek i jämförelse med mätobjektet (t ex. sträckgränsen) Klistringen av givare på mätobjektet effektiv erfarenhet krävs!!!

31 TTG Experiment

32 Experiment Resultat Vikt (g) Spänning (mv) Fluke8842A , , , ( ) 1, ( ) 1, ( ) 1, ( ) 2,230