5. Síla, tlak a moment: tenzometr
Sílu neumíme měřit přímo. Umíme ale změřit, jak moc se něco pod ní ohnulo — a protože je v pružné oblasti deformace síle úměrná, je to totéž.
Jak tenzometr funguje
Tenká klikatá fólie nalepená na povrch. Když se povrch protáhne, protáhne se s ním i fólie: je delší a tenčí, takže má větší odpor. Poměr se jmenuje k-faktor:
ΔRR = k · ε ε = Δllk ≈ 2,0 pro konstantan
Spočítej si to
Ocel na mezi pružnosti se protáhne asi o 0,1 %, tedy ε = 1000 µε. Tenzometr 350 Ω s k = 2 změní odpor o 0,2 %, tedy o 0,7 Ω. Aby se to změřilo na 1 %, musí se poznat 7 mΩ z 350 Ω. Přímo to nejde; mostem ano, protože ten měří jen ten rozdíl.
odpor se změnil o 700 mΩ z 350 Ω, tedy o 0,200 %. Most z toho udělá 5 mV, což je 0,500 mV na volt napájení — přesně to číslo, které je napsané na štítku tenzometrického snímače.
Co se z toho staví
- Tenzometrický snímač (load cell) — kus kovu s promyšleným tvarem a čtyřmi tenzometry v plném mostu. Údaj v mV/V je jeho vizitka: 2 mV/V znamená, že při napájení 10 V dá při jmenovité zátěži 20 mV.
- Tlakový snímač — tentýž princip na membráně.
- Momentová příruba — tenzometry nalepené šikmo (45°), protože krut se na povrchu projeví jako tah a tlak v úhlopříčných směrech.
Tři věci, které tenzometrii kazí, a žádná z nich není elektronika.
Lepidlo — špatně nalepený tenzometr přenáší deformaci jen zčásti a měří míň, než je
skutečnost. Teplota — bez kompenzace je teplotní drift větší než užitečný signál (proto
most, kapitola 3). Únava — tenzometr se opotřebovává a po milionech cyklů se jeho
k-faktor mění. Elektronika je v tomhle oboru ta snadná část.
Kde to navazuje
Z naměřené deformace se dá dopočítat napětí v materiálu přes Hookův zákon — a jestli to konstrukce vydrží, řeší BeamLab a ShaftLab. Tahle karta končí u toho, jak se z deformace stane napětí ve voltech.