4. TENSOMETRY (CZUJNIKI) STRUNOWE

Wykorzystuje się w nich zależność drgań własnych struny od jej naprężenia. Zmiany tego naprężenia wywoływane są mierzoną siłą zewnętrzną. Pomiar polega na pobudzaniu struny do drgań i mierzeniu ich częstotliwości. Struny są wykonywane z materiału ferromagnetycznego. Do pobudzania ich do drgań można więc stosować elektromagnesy, a do wykrywania drgań czujniki magnetyczne. W praktyce elektromagnes pobudzający jest tak zaprojektowany, że może również spełniać rolę czujnika drgań struny.

Stosowane są dwa warianty budowy tensometrów strunowych: z jednym i z dwoma elektromagnesami.

W układzie z jednym elektromagnesem struna pobudzona elektromagnesem drga drganiami gasnącymi, przetwarzanymi przez ten sam elektromagnes na sygnał elektryczny. W układzie z dwoma elektromagnesami jeden z nich pobudza strunę do drgań, a drugi przetwarza te drgania na sygnał elektryczny. Jeżeli, tak jak to pokazano na rysunku, sygnały odbierane przez czujnik drgań będą podawane na wejście wzmacniacza zasilającego elektromagnes pobudzający strunę do drgań, to w układzie takim powstaną drgania o częstotliwości równej częstotliwości drgań własnych struny. W obu rozwiązaniach miarą naprężenia struny jest częstotliwość sygnału odbieranego od drgającej struny. Częstotliwość ta może być mierzona metodą analogową lub cyfrową. Podobnie jak w miernictwie elektronicznym, tak i w tym przypadku, przewagę zyskały w ostatnich latach metody cyfrowe.

Częstotliwość drgań własnych struny jest kwadratową funkcją naprężenia, a ponadto zależy od szeregu jej parametrów fizycznych (długości, średnicy, właściwości materiału, itp.). Parametry struny są tak dobierane, aby uzyskać maksymalną czułość, tzn. aby małe zmiany naprężeń powodowały jak największe zmiany częstotliwości. Na częstotliwość drgań struny ma wpływ szereg czynników zakłócających, z których najważniejszym jest temperatura mająca bezpośredni wpływ na naprężenie struny (jeżeli współczynniki rozszerzalności cieplnej struny i jej obudowy są niejednakowe). W praktyce uzyskuje się dokładności pomiaru sił rzędu 1% zakresu pomiarowego. Wartości mierzonych sił wynoszą do kilku meganiutonów. Wadę tensometrów strunowych stanowią dość duże wymiary czujników- długości strun wahają się w granicach od kilku do dwudziestu kilku centymetrów, przy czym należy jeszcze uwzględnić obudowę. Podstawową zaletą tych czujników jest stałość ich charakterystyk w czasie.

Opisane metody pomiaru odkształceń stosowane są również do pomiaru sił oraz do pomiaru innych wielkości dających się prowadzić do pomiaru sił, jak np. ciężarów, ciśnień, naprężeń, przyspieszeń, itp.

Przykład wykorzystania elementów mierzących naprężenia w urządzeniach do ważenia dużych ciężarów przedstawiono na rys. 4.27. Urządzenia takie są stosowane w automatycznych dozownikach różnych materiałów, w układach zabezpieczających dźwigi i suwnice przed przeciążeniem oraz oczywiście w różnego rodzaju wagach - np. do ważenia całych samochodów wraz z ładunkiem. W przykładzie przedstawionym na rysunku zastosowany został czujnik strunowy. W wagach stosowane są także inne rodzaje czujników sił i naprężeń.

19

---