Wskazówki dotyczące budowy czujników tensometrycznych

 

Pomiar naprężenia w trudnych warunkach zewnętrznych:

Czujniki tensometryczne są zaprojektowane tak, aby były odporne na zmęczenie i idealnie nadają się do zastosowań cyklicznych. Krótkie czasy cyklu w zakresie milisekund są łatwe do monitorowania. Czujniki tensometryczne z odpowiednią mechaniką pomiarową dobrze sprawdzają się w zastosowaniach statycznych. Należy zauważyć, że odkształcenia, które nie są spowodowane obciążeniem, lecz czynnikami zewnętrznymi, takimi jak zmiany temperatury, mogą fałszować sygnał wyjściowy. Istnieją jednak sprytne środki, które kompensują te efekty. 

Przykręcane czujniki tensometryczne są łatwe w montażu i potrafią wychwycić najmniejsze mikrometrowe odkształcenia w konstrukcji wskutek działania sił. Aby określić optymalne miejsce do umieszczenia czujnika tensometrycznego i uzyskać najlepsze możliwe wyniki, należy wziąć pod uwagę kilka kwestii.

Czujnik tensometryczny powinien być umieszczony w miejscach, w których należy spodziewać się mierzalnych odkształceń konstrukcji o odpowiednim kierunku, powodowanych działaniem sił. Są to głównie odkształcenia lub naprężenia mechaniczne powstające w wyniku działania obciążeń zginających i rozciągająco-ściskających. Metoda elementów skończonych może być użyta do określenia spodziewanego odkształcenia powierzchni i kierunku przy naprężeniach wieloosiowych, a tym samym potrzebnego zakresu pomiarowego w przewidzianym punkcie. Jeśli nie ma takiej możliwości, najłatwiej przeprowadzić badanie za pomocą czujnika tensometrycznego o większym zakresie pomiarowym, np. 750 lub 1000 µm/m, i w ten sposób określić odkształcenie, które rzeczywiście występuje w wybranym punkcie. Z porównania ze znaną siłą wynika prosta korelacja do analogicznego odkształcenia monitorowanej konstrukcji. Oczywiście, czynniki takie jak uwarunkowania konstrukcyjne, dostępność lub ochrona czujnika tensometrycznego również odgrywają ważną rolę w pozycjonowaniu czujników tensometrycznych. 

Jakie odkształcenia są korzystne przy pozycjonowaniu?

Przy pozycjonowaniu czujników tensometrycznych łatwe do określenia są odkształcenia powierzchniowe spowodowane zginaniem. Z tego punktu widzenia są korzystne. Na poniższych rysunkach przedstawiono kilka przykładów miejsc, w których należy spodziewać się największych odkształceń mierzalnych przy zginaniu.

​​​​​​​

W większości przypadków monitorowana maszyna poddawana jest działaniu kombinacji naprężeń zginających, rozciągających i ściskających, skręcania itd. Można je łatwo określić za pomocą obliczeń metodą elementów skończonych. W praktyce jednak prosta analiza z punktu widzenia mechaniki okazuje się wystarczająca do wskazania odpowiednich punktów w konstrukcji, w których występują zmierzalne odkształcenia. Po porównaniu znanych obciążeń ze zmierzonymi odkształceniami można z dużą precyzją wskazać rzeczywiste odkształcenia. Oczywiście w interesujących nas miejscach można też najpierw przykleić tensometry, aby ułatwić właściwe umiejscowienie czujnika tensometrycznego.

Dlatego też czujniki tensometryczne Baumer nadają się zarówno do zastosowań statycznych, jak i cyklicznych.

Czujniki tensometryczne są mocno przykręcane do elementu konstrukcyjnego za pomocą dostarczonych śrub mocujących, co zapewnia dobre wyniki pomiarów. Czujnik tensometryczny wykrywa odkształcenia w zakresie mikrometrów za sprawą połączenia siłowego. Wykonane otwory mogą mieć formę nieprzelotową lub przelotową. Patrz również rozdział Opcje mocowania. Możliwość przykręcenia czujnika tensometrycznego o długotrwałej stabilności i niezmiennej jakości wyeliminowała konieczność żmudnego mocowania tensometrów klejonych.

Na co należy zwrócić uwagę przy montażu czujników tensometrycznych?

Aby czujniki tensometryczne bezbłędnie wychwytywały naprężenia powierzchniowe i dostarczały rzetelne wyniki pomiarów, przy montażu muszą zostać spełnione różne ogólne warunki, wymienione również w instrukcji obsługi każdego czujnika tensometrycznego. Ważną rolę odgrywa tutaj powierzchnia montażowa. Odkształcenie konstrukcji podstawowej jest przenoszone na czujnik tensometryczny poprzez połączenie siłowe.

Jakie są możliwości montażu?

Czujniki tensometryczne można przymocować do monitorowanej konstrukcji za pomocą śrub mocujących w otworach nieprzelotowych. 

 

Jak należy przygotować powierzchnię montażową?

Wyniki pomiarów dostarczane przez czujnik są niedokładne, gdy powierzchnia pomiarowa jest zabrudzona lub nieprawidłowo zamontowana:

• Unikać zanieczyszczenia smarem lub olejem
• Zamontować czujnik na obrobionej, płaskiej powierzchni
• Uwzględniać chropowatość powierzchni

W sytuacji, gdy trudno przygotować powierzchnie montażowe o dostatecznej jakości, można zastosować podkładki kuliste, aby zniwelować pewne nierówności lub odchylenia kąta otworu. 

Na rynku dostępne są również podkładki powlekane diamentem (podkładki cierne), które wyrównują niewielkie nierówności i zwiększają tarcie.

Przestrzegać wskazówek dotyczących magazynowania i transportu zawartych w instrukcji obsługi.

Właściwe momenty dokręcania są podane w instrukcji obsługi.

Rozszerzalność cieplna:

Inne opcje kompensacji temperatury: 

• Poprzez rozmieszczenie czujników tensometrycznych pod kątem 90° w celu kompensacji wpływu temperatury lub poprzez pomiar temperatury na elemencie konstrukcyjnym.

Siła wypadkowa przy określonym wydłużeniu może być ustalona arytmetycznie lub po prostu w bezpośrednim porównaniu z określoną siłą. Czujnik tensometryczny jest przykręcany do nieobciążonej konstrukcji, a następnie tarowany. Następnie do konstrukcji przykładane jest znane obciążenie lub określona siła. W ten sposób ujawnia się zależność pomiędzy odkształceniem a wynikającą z tego siłą. Kalibracja ta musi być przeprowadzana tylko raz na system. Czujniki tensometryczne firmy Baumer są kalibrowane na odkształcenie już podczas produkcji i dlatego w razie wymiany podają te same wartości pomiarowe.

Przykręcić mocno czujnik tensometryczny i zaczekać, aż się rozgrzeje przy włączonym zasilaniu zgodnie z instrukcją obsługi. (Pomiary nieprzykręconego czujnika na stole nie przynoszą stabilnych wyników). Początkowe osiadanie można zminimalizować, w miarę możliwości 10-krotnie maksymalnie obciążając monitorowaną konstrukcję. Przy nieobciążonej konstrukcji wskazane jest tarowanie czujnika przy wzmacniaczu. Pozwala to na kompensację zmian sygnału wywołanych montażem.

W przypadku procesów cyklicznych zaleca się tarowanie czujnika tensometrycznego po każdym cyklu, gdy maszyna pozostaje nieobciążona. Kompensuje to wpływ temperatury lub niewielkie ruchy pod śrubami mocującymi. Czujniki tensometryczne firmy Baumer posiadają przeważnie miękkie mechanizmy pomiarowe, umożliwiające stabilne pomiary statyczne bez cyklicznego tarowania. 

Czujniki tensometryczne z wbudowaną elektroniką wzmacniacza:

Czujniki tensometryczne z osobną elektroniką wzmacniacza:

Pasywne czujniki tensometryczne, które są bezpośrednio podłączone do sterownika z wbudowanym wzmacniaczem:

Ważne: kable łączące lub zasilające muszą mieć co najmniej ten sam stopień ochrony IP co czujnik tensometryczny. Np. IP69K w przypadku DST55R ze stopniem ochrony IP69K