Senzori za merenje sileSenzori za merenje sile

Vrste senzora sile

Merne trake

Piezoelektrični senzori Piezoelektrični senzori

Magnetostrikcioni pretvarači

Ostali tipovi senzora: optički, pneumatski, induktivni ...

Merne trake

Tenzootporni efekat – promena otpornosti žice pri njenom istezanju

Više vrsta traka: Merne trake - namotaji provodnika Merne trake - namotaji provodnika Merne trake - metalne folije Merne trake - metalni film (metalizacija) Merne trake - poluprovodnički materijali (nelinearne)

Merna traka od žice i merna traka od metalne folije

Tenzootporni efekat

F – sila [N]

L – dužina žice [mm]

D – prečnik žice [mm]

2r

L

S

LR

⋅

⋅==πρ

ρ

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

Karakteristike mernih traka

Otpornost – obično iznad 100Ω

Otpornost u nenapregnutom stanju: R0

Osetljivost – priližno 2, kod nekih materijala dostiže i 6

R∆i 6

Osetljivost k:

Koeficijent termičke otpornosti

Koeficijent termičkog širenja

Elastičnost

l

l

R

R

kl

lk

R

R

∆

∆

=⇒∆

=∆

Montaža mernih traka Merne trake se pričvršćuju na

površinu odgovarajućim epoksidnim smolama, ili se metaliziraju na keramički sloj

Od kvaliteta smole i samog Od kvaliteta smole i samog montiranja zavisi kvalitet merenja

Merne trake se vezuju u Vitstonov most (precizno merenje malih vrednosti otpornosti)

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 Najčešće korišćena metoda – metoda slepe trake

+

−∆+

=21

2

0

0

0

2 RR

R

RR

RVV E

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

Poluprovodničke merne trake Zbog piezorezistivne karakteristike, izuzetno osetljive

(k≈200)

Nelinearne, termička stabilnost i temperaturni opseg Nelinearne, termička stabilnost i temperaturni opseg lošiji nego kod metalnih traka

Koriste se za merenja malih promena vrednosti sile

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 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

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.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.

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.