יסודות מדידות מד המתח

מד המתח הוא אחד הכלים השימושיים ביותר למדידה מדויקת של התפשטות או התכווצות של חומר תוך הפעלת כוחות. מודדי המתח שימושיים גם למדידת כוחות שהופעלו בעקיפין אם הם מיושרים בצורה ליניארית בערך עם העיוות של החומר.

מהם מדדי זן

מודדי המתח הם חיישנים שהתנגדותם החשמלית משתנה ביחס לכמות המתח (דפורמציה של חומר).

מד זנים אידיאלי ישנה את התנגדותו ביחס למתח האורכי על המשטח אליו מחובר החיישן.

עם זאת, ישנם גורמים אחרים שיכולים להשפיע על ההתנגדות, כמו טמפרטורה, תכונות החומר והדבק הקושר את המד לחומר.

מד זנים מורכב מרשת מקבילה של חוט מתכתי או נייר כסף עדינים מאוד המחוברים למשטח המתוח על ידי שכבה מבודדת דקה של אפוקסי. כאשר החומר המודבק מסונן, הזן מועבר דרך הדבק. צורת הרשת מעוצבת בתבנית המספקת שינוי התנגדות מרבי ליחידת שטח.

כיצד לבחור מד זנים

בבחירת מד זן ליישום, שלושת השיקולים העיקריים הם טמפרטורת ההפעלה, אופי הזן שיזוהה ודרישות היציבות.

מאחר ומד מתח מותקן על משטח מאומץ, חשוב שהמד יתמתח באותה מידה עם המשטח. יש לבחור את חומר הדבק בקפידה כדי להעביר את המתח לחיישן בצורה אמינה בטווח טמפרטורות רחב ובתנאים אחרים.

ערך ההתנגדות של מד המתח משתנה כפונקציה של הזן המופעל בהתאם: שינוי ב- R / R = S איפה R הוא ההתנגדות, e הוא המתח, ו- S הוא גורם הרגישות למתיחה. עבור מדדי רדיד מתכתי, גורם רגישות המתח הוא כ -2.

תוספות הזן הן בדרך כלל פחות מ- 0.005 אינץ '/ אינץ' ולעתים קרובות באות לידי ביטוי ביחידות זן מיקרו. מהנוסחה נראה כי התנגדות מד המתח תשתנה בכמויות קטנות מאוד עם הזן הנתון, בסדר גודל של 0.1%.

לאחר מכן ניתן להוריד קריאת מתח מהנגד הזה במונחים של מילי וולט למתח (mV / V) כדי לספק את ערך המדידה עבור המתח.

יחס פואסון הוא מדד לדילול ולהתארכות המתרחשים בחומר כשהוא מתוח. אם מפעילים כוח מתיחה על חוט התנגדות למשל, החוט היה מתארך מעט, ובאותו הזמן נהיה דק יותר. יחס זה בין שני הזנים הללו הוא יחס פואסון.

זהו העיקרון הבסיסי העומד מאחורי מדידות מד המתח, מכיוון שהתנגדות התיל תעלה באופן יחסי עקב אפקט פואסון.

כיצד למדוד את תפוקת מד הזן בצורה מדויקת

כדי למדוד במדויק שינוי קטן בהתנגדות, מודדי המתח נמצאים כמעט תמיד בתצורת גשר עם מקור עירור מתח.

גשר וויטסטון משמש בדרך כלל כפי שמוצג בתרשים. הגשר מאוזן כאשר יחסי הנגד שווים משני הצדדים, או R1 / R2 = R4 / R3. ככל הנראה, מתח היציאה הוא אפס במצב זה.

כאשר התנגדות מד המתח (Rg) משתנה, מתח המוצא (Vout) משתנה בכמה מילי וולט, ואז מתח זה מוגבר על ידי מגבר דיפרנציאלי כדי להחזיר ערך קריא.

מעגל וויטסטון זה מתאים גם לפיצוי טמפרטורה - הוא כמעט יכול לבטל את השפעות הטמפרטורה. לפעמים חומר המד נועד לפצות על התרחבות תרמית, אך זה לא מסיר לחלוטין את הרגישות התרמית.

כדי להשיג פיצוי תרמי טוב יותר, ניתן להחליף נגד כגון R3 במד מתח דומה. זה נוטה לבטל את השפעות הטמפרטורה.

למעשה, ניתן להחליף את כל ארבעת הנגדים באמצעות חיישני מד זנים ליציבות טמפרטורה מקסימאלית. שניים מהם (R1 ו- R3) יכולים להיות מוגדרים למדידת דחיסה, ואילו השניים האחרים (R2 ו- R4) מוגדרים למדידת מתח.

לא רק שזה יפצה על הטמפרטורה, אלא שהוא גם מגביר את הרגישות בפקטור של ארבעה. מודדי המתח עם אלמנטים של התנגדות חשמלית הם ללא ספק הסוג החיישן הנפוץ ביותר למדידת זן, מכיוון שיש להם יתרונות של עלות נמוכה יותר. כמבוסס היטב.

הם זמינים בגדלים קטנים ומושפעים באופן בינוני רק משינויי טמפרטורה, ובמקביל משיגים שגיאות של פחות מ +/- 0.10%. מודדי זן התנגדות מלוכדות הם גם רגישים ביותר, וניתן להשתמש בהם למדידת זן סטטי ודינמי כאחד.

עם זאת, ישנם סוגים אחרים הזמינים עבור יישומים מסוימים, כגון עמיד בפני פייזו, עמיד בפני פחמן, מוליך למחצה, אקוסטי, אופטי ואינדוקטיבי.

יש אפילו חיישני מד מתח המתבססים על מעגל קבלים ..