ما هو مقياس الانفعال: العمل وتطبيقاته

اخترع إدوارد إي سيمونز وآرثر سي روج مقياس الإجهاد في عام 1938. أدى هذا الاختراع إلى قياس قدر كبير من الضغط على الهياكل المختلفة. مقياس الضغط هو أ نوع المستشعر تستخدم في مجموعة متنوعة من التطبيقات لقياس ضغط الجسم. إنها أداة جيوتقنية أساسية تحدد الإجهاد في مجموعة من الهياكل مثل الأنفاق ، والتجاويف تحت الأرض ، والمباني ، والجسور ، والخرسانة ، وسدود البناء ، والتضمين في التربة / الخرسانة ، وما إلى ذلك ، إليك كل ما يمكن للقارئ معرفته عن مقياس الإجهاد بما في ذلك مبدأ العمل والخصائص والتطبيقات.

ما هو مقياس الضغط؟

تعريف: مقياس الضغط هو أحد الأجهزة الضرورية المستخدمة في مجال الهندسة الجيوتقنية لقياس الضغط على الهياكل المتنوعة. من خلال تطبيق قوة خارجية ، سيكون هناك تغيير في مقاومة مقياس الضغط.

قياس الضغط

يحتوي الهيكل الأساسي للمقياس على دعامة عازلة مرنة لدعم هيكل رقائق معدنية. يتم لصق هذا الملف المعدني على دعامة رقيقة تسمى الناقل ، ويتم تثبيت الإعداد بالكامل على كائن باستخدام مادة لاصقة مناسبة. نظرًا لأن الكائن مشوه بسبب القوة والضغط والوزن والتوتر وما إلى ذلك ، فإن المقاومة الكهربائية من التغييرات احباط. أ جسر يتستون يقيس التغيير في المقاومة ، والذي يرتبط بالضغط من خلال كمية تعرف باسم عامل المقياس.

رسم تخطيطي لعينة قياس الضغط

يتم قياس التغييرات الصغيرة في مقاومة المقياس باستخدام مفهوم جسر ويتستون. يوضح الشكل أدناه جسر ويتستون العام ، الذي يحتوي على أربعة أذرع مقاومة وجهد إثارة ، V._سابق.

جسر يتستون

جسر ويتستون له جزئين متوازيين مقسم الفولت الدوائر. تشكل R1 و R2 دائرة مقسم جهد واحد ، وتشكل R3 و R4 دائرة مقسم جهد ثاني. يتم إعطاء جهد الخرج VO بواسطة:

Vo = [R3 / (R3 + R4) -R2 / (R1 + 2)] * V._سابق

إذا كان R1 / R2 = R4 / R3 ، فإن جهد الخرج هو صفر ويقال أن الجسر عبارة عن جسر متوازن.

يؤدي تغيير طفيف في المقاومة إلى جهد خرج غير صفري. إذا تم استبدال 'R4' بمقياس إجهاد وأي تغييرات في مقاومة مقياس الإجهاد ستؤدي إلى عدم توازن الجسر وتنتج جهدًا غير صفري.

عامل قياس مقياس الضغط

يتم إعطاء عامل المقياس GF كـ

GF = (∆R⁄RG) / ∈

أين،

'ΔR' هو التغير في المقاومة بسبب الإجهاد

'RG' هي مقاومة المقياس غير المشوه

'ε' هي الضغط

يبلغ عامل القياس للرقائق المعدنية الشائعة حوالي 2. يتم إعطاء جهد مستشعر الخرج SV لجسر ويتستون بواسطة ،

SV = EV (GF.∈) / 4

حيث EV هو جهد إثارة الجسر

مقياس الضغط يعمل

يعتمد عمل مقياس الضغط كليًا على المقاومة الكهربائية للجسم / الموصل. عندما يتم شد جسم في حدود مرونته ولا ينكسر أو ينثني بشكل دائم ، فإنه يصبح أرق وأطول ، مما ينتج عنه مقاومة كهربائية عالية. إذا تم ضغط جسم ما ولم يتشوه ، ولكنه يتسع ويقصر ، يؤدي إلى انخفاض المقاومة الكهربائية. تساعد القيم التي تم الحصول عليها بعد قياس المقاومة الكهربائية لمقياس على فهم مقدار الإجهاد الناتج.

يتم تطبيق جهد الإثارة عند أطراف الإدخال لشبكة القياس ، بينما تتم قراءة الإخراج عند أطراف الخرج. عادةً ما تكون مرتبطة بحمل ومن المرجح أن تظل مستقرة لفترات أطول ، وأحيانًا لعقود. يعتمد الغراء المستخدم في المقاييس على مدة نظام القياس - غراء cyanoacrylate مناسب للقياسات قصيرة المدى والغراء الإيبوكسي للقياسات طويلة المدى.

مبدأ عمل مقياس الضغط

كما نعلم أن المقاومة تعتمد بشكل مباشر على الطول ومساحة المقطع العرضي للموصل ، والتي يتم تقديمها بواسطة R = L / A

أين،

'R' = المقاومة

'L' = الطول

'أ' = منطقة المقطع العرضي

من الواضح أن طول الموصل يتغير مع تغير حجم وشكل الموصل ، مما يؤدي في النهاية إلى تغيير مساحة المقطع العرضي والمقاومة.

يحتوي أي مقياس عادي على شريط موصل طويل ورفيع ، يتم وضعه في شكل متعرج من خطوط متوازية. الغرض من المحاذاة المتعرجة هو توضيح المقدار الصغير من الضغط الذي يحدث بين الخطوط المتوازية بدقة كبيرة. يُعرَّف الإجهاد بأنه القوة المقاومة لجسم ما.

سلالة مقاييس الورود

يُعرف اثنان أو أكثر من المقاييس الموضوعة عن كثب في هيكل يشبه الوردة لقياس عدد المكونات لتقييم الضغط الدقيق على السطح باسم وريدات مقياس الإجهاد. يظهر الرسم التوضيحي في الشكل أدناه.

ريدات قياس الإجهاد

خلايا تحميل مقياس الضغط

توجد خلايا الحمل هذه بشكل شائع في التطبيقات الصناعية. إنه دقيق للغاية واقتصادي. في الأساس ، تتكون خلية الحمل من جسم معدني يتم توصيل أجهزة قياس الضغط عليه. لكي يكون الجسم المعدني قويًا وأقل مرونة ، يتم استخدام سبائك الصلب أو الألومنيوم أو الفولاذ المقاوم للصدأ في التصميم.

عندما يتم تطبيق قوة خارجية على خلية تحميل ، فإن خلية الحمل تكون مشوهة قليلاً ، وإذا لم يتم تحميلها بشكل زائد ، فإنها تعود إلى شكلها الأصلي.

في حالة تشوه خلية الحمل ، يتغير شكل المقياس ، مما يتسبب في تغيير المقاومة الكهربائية للمقياس ، والذي بدوره يقيس الجهد.

هناك أنواع شائعة من خلايا تحميل مقياس الإجهاد ، والتي تشمل شعاع الانحناء ، والفطيرة ، وخلية تحميل شعاع القص ذات النقطة الواحدة ، وحزمة القص ذات النهاية المزدوجة ، ومشابك حبل الأسلاك ، وما إلى ذلك.

خصائص مقاييس الانفعال

الخصائص الهامة لمقاييس الانفعال هي:

• هذه مناسبة لفترات أطول مع بعض الاحتياطات
• أنها توفر قيمًا دقيقة مع تغير في درجة الحرارة وعوامل أخرى
• هذه سهلة التصنيع بسبب المكونات البسيطة
• إنها سهلة الصيانة ولها عمر تشغيلي طويل
• هذا مغلف بالكامل للحماية من الأضرار مثل المعالجة والتركيب

تطبيقات مقياس الضغط

تتيح الميزات الاستثنائية استخدام هذه المقاييس في مجال الهندسة الجيوتقنية لمراقبة الهياكل مثل السدود والأنفاق وما إلى ذلك باستمرار ولتجنب الحوادث في وقت مبكر. تتضمن بعض تطبيقات مقاييس الإجهاد -

• مراقبة السكك الحديدية
• جسور الكابلات
• الفضاء
• محطات الطاقة النووية

أسئلة وأجوبة

1). ما هي حساسية مقياس الضغط؟

يختلف إجهاد التدفق فيما يتعلق بمعدل الإجهاد. أيضًا ، يعتمد معدل الإجهاد على حجم حبيبات كائن أو مادة عمل. يتم تعريفه على أنه نسبة التغيير في إجهاد التدفق إلى التغيير في الانفعال.

2). ما هي وحدة الانفعال؟

السلالة هي كمية بلا أبعاد. ومع ذلك ، فإن معدل الإجهاد هو مقلوب الوقت ووحدة SI متبادلة للثواني (s-1).

3). كيف أختار مقياس الضغط؟

يتم تحديد هذا بناءً على نوع التطبيقات والعناصر الأخرى ذات الصلة. مثل -

• بناءً على قياس الطول والمقاومة
• على أساس تكلفة توفير العمالة
• بناءً على بيئة المواد والقياس

4). لماذا يستخدم جسر ويتستون لقياس الضغط؟

جسر ويتستون قادر على قياس الفولتية الناتجة من حيث الميليفولت. بالنسبة لمقياس الإجهاد المرتبط ، يمكن قياس التغير في المقاومة عند توصيله بدائرة كهربائية (جسر ويتستون) التي تقيس التغير الدقيق في المقاومة. عندما يصبح جهد الخرج على جسر ويتستون غير صفري ، تفقد الدائرة توازنها وتساعد في تحديد الضغط على الجسم.

5). كيف تقوم بتركيب أجهزة قياس الضغط؟

فيما يلي خطوات تثبيت مقياس الضغط

وهكذا ، فإن وصف شامل لمقياس الضغط ، يتم توفير مبدأ العمل وعامل القياس والخصائص والتطبيقات في هذه المقالة. إلى جانب ذلك ، فإن ارتباط الصورة الرقمية (DIC) هو تقنية تستخدم في الوقت الحاضر لقياس الإجهاد. يتم استخدامه في العديد من الصناعات بسبب الدقة وكبديل لأنواع المستشعرات التقليدية مثل مقاييس التسارع ، وأواني الخيوط ، و LVDT ، وغيرها الكثير. هنا سؤال لك ، ما هي الوظيفة الرئيسية لمقياس الضغط؟