מד זנים הומצא על ידי אדוארד סימונס וארתור סי רוג ', בשנת 1938. המצאה זו הובילה למדידת כמות משמעותית של עומס על מבנים שונים. מד זנים הוא א סוג חיישן משמש במגוון רחב של יישומים למדידת עומס האובייקט. זהו כלי גיאוטכני חיוני הקובע זן במגוון מבנים כגון מנהרות, חללים תת קרקעיים, מבנים, גשרים, בטון, סכרי בנייה, הטבעה בקרקע / בטון וכו '. הנה כל מה שקורא יכול לדעת על מד המתח כולל עקרון עבודה, מאפיינים ויישומים.
מהו מד זן?
הַגדָרָה: מד זנים הוא אחד המכשירים הכרחיים המשמשים בתחום ההנדסה הגאוטכנית למדידת עומס על מבנים מגוונים. על ידי הפעלת כוח חיצוני, יחול שינוי בהתנגדות של מד המתח.
מד מתח
לבנייה הבסיסית של מד יש גיבוי בידוד גמיש לתמיכה במבנה נייר כסף מתכתי. סליל מתכתי זה מודבק על גבי גיבוי דק הנקרא מנשא, וההתקנה כולה קבועה לאובייקט באמצעות דבק מתאים. כאשר האובייקט מעוות בגלל כוח, לחץ, משקל, מתח וכו ', ה התנגדות חשמלית של שינויים בנייר כסף. א גשר ויטסטון מודד את השינוי בהתנגדות, הקשור למתח באמצעות כמות המכונה גורם מד.
תרשים דגימת מד-זן
השינויים הקטנים בהתנגדות של מד נמדדים באמצעות המושג גשר ויטסטון. האיור שלהלן ממחיש את גשר וויטסטון הכללי, בעל ארבע זרועות התנגדות ומתח עירור, Vלְשֶׁעָבַר.
גשר ויטסטון
לגשר ויטסטון שני מקבילים מחלק מתח מעגלים. R1 ו- R2 יוצרים מעגל מחלק מתח אחד, R3 ו- R4 יוצרים מעגל מחלק מתח שני. מתח המוצא VO ניתן על ידי:
Vo = [R3 / (R3 + R4) -R2 / (R1 + 2)] * Vלְשֶׁעָבַר
אם R1 / R2 = R4 / R3, אז מתח היציאה הוא אפס והגשר נאמר שהוא גשר מאוזן.
שינוי קטן בהתנגדות מוביל למתח יציאה שאינו אפס. אם הוחלף 'R4' במד מתח וכל שינוי בהתנגדות מד המתח יביא לאיזון של הגשר וייצור מתח שאינו אפס.
גורם מד של מד המתח
גורם המדד GF ניתן כ-
GF = (∆R⁄RG) / ∈
איפה,
'ΔR' הוא השינוי בהתנגדות עקב עומס
'RG' הוא ההתנגדות של המד הלא מעוצב
'Ε' הוא הזן
גורם המידה של נייר הכסף הנפוץ הוא בסביבות 2. מתח חיישן הפלט SV של גשר וויטסטון ניתן על ידי,
SV = EV (GF.∈) / 4
איפה EV הוא מתח עירור הגשר
מד המתח עובד
תפקודו של מד המתח תלוי לחלוטין בהתנגדות החשמלית של אובייקט / מוליך. כאשר אובייקט נמתח בגבולות האלסטיות שלו ולא נשבר או נמשך לצמיתות, הוא נהיה דק יותר וארוך יותר, וכתוצאה מכך התנגדות חשמלית גבוהה. אם אובייקט דחוס ואינו מעוות, אלא מתרחב ומתקצר, גורם לירידה בהתנגדות החשמלית. הערכים המתקבלים לאחר מדידת ההתנגדות החשמלית של מד עוזרים להבנת כמות המתח המושרה.
מתח העירור מוחל במסופי הקלט של רשת מד, ואילו הפלט נקרא במסופי הפלט. בדרך כלל, אלה מחוברים לעומס והם צפויים להישאר יציבים לתקופות ארוכות יותר, לפעמים עשרות שנים. הדבק המשמש למדידים תלוי במשך מערכת המדידה - דבק ציאנואקרילט מתאים למדידות לטווח קצר ודבק אפוקסי למדידות ארוכות טווח.
עקרון עבודה של מד המתח
כידוע שההתנגדות תלויה ישירות באורך ובחתך רוחב של מוליך, הניתן על ידי R = L / A
איפה,
'R' = התנגדות
'L' = אורך
'A' = שטח חתך
ברור שאורכו של מוליך משתנה עם שינוי הגודל והצורה של המוליך, ובסופו של דבר משנה את שטח החתך וההתנגדות.
בכל מד רגיל יש רצועת מוליכה ארוכה ודקה, ממוקמת בצורה של זיג-זג של קווים מקבילים. מטרת יישור הזיג-זג הזה היא לפרט על כמות המתח הקטנה המתרחשת בין הקווים המקבילים בדיוק רב. מתח מוגדר ככוח המתנגד של אובייקט.
מסנני מד זנים רוזטות
שני מדדים או יותר הממוקמים מקרוב במבנה דמוי שושנה למדידת מספר הרכיבים להערכת זן מדויק על פני השטח מכונים רוזטות מד זנים. האיור מוצג באיור למטה.
מד רוזטות
תאי עומס מד זנים
תאי עומס אלה נמצאים לרוב ביישומים תעשייתיים. זה מאוד מדויק וחסכוני. ביסודו של דבר, תא עומס מורכב מגוף מתכתי עליו מחוברים מודדי מתיחה. כדי שגוף המתכת יהיה יציב ופחות אלסטי, משתמשים בפלדת סגסוגת, אלומיניום או נירוסטה לעיצוב.
כאשר מופעל כוח חיצוני על תא עומס, תא העומס מעוות מעט, ואם אינו עומס יתר, הוא חוזר לצורתו המקורית.
אם תא העומס מתעוות, המד משתנה בצורתו וגורם לשינוי בהתנגדות החשמלית של המד, אשר בתורו מודד מתח.
ישנם סוגים נפוצים של תאי עומס על מד המתח, הכוללים אלומת כיפוף, פנקייק, תא עומס של קורת גזירה נקודה אחת, קרן גזירה כפולה, מהדקי חבל תיל וכן הלאה.
מאפייני מדדי הזן
המאפיינים החשובים של מדדי המתח הם:
- אלה מתאימים לתקופות ארוכות יותר עם אמצעי זהירות מסוימים
- הם מספקים ערכים מדויקים עם שינוי בטמפרטורה וגורמים אחרים
- אלה קלים לייצור בגלל רכיבים פשוטים
- הם קלים לתחזוקה ובעלי חיי הפעלה ארוכים
- זה מקופל לחלוטין כדי להגן מפני נזקים כמו טיפול והתקנה
יישומים של מד הזן
המאפיינים יוצאי הדופן מאפשרים להשתמש במדידים אלה בתחום ההנדסה הגאוטכנית כדי לפקח על מבנים כמו סכרים, מנהרות וכו 'ללא הרף ולמנוע תאונות מבעוד מועד. חלק מהיישומים של מדדי המתח כוללים -
- פיקוח על מסילה
- גשרים בכבלים
- חלל
- תחנות כוח גרעיניות
שאלות נפוצות
1). מה הרגישות של מד המתח?
מתח הזרימה שונה ביחס לקצב המתח. כמו כן, קצב המתח מסתמך על גודל התבואה של חפץ או חומר עבודה. זה מוגדר כיחס בין השינוי במתח הזרימה לשינוי המתח.
2). מהי יחידת המתח?
הזן הוא כמות חסרת ממד. עם זאת, קצב המתח הוא הדדי הזמן ויחידת ה- SI היא הדדית של שניות (s-1).
3). כיצד אוכל לבחור מד זנים?
זה נבחר על סמך סוג היישומים ואלמנטים קשורים אחרים. כמו -
- מבוסס על אורך המד והתנגדות
- מבוסס על עלות חיסכון בעבודה
- מבוסס על חומר וסביבת מדידה
4). מדוע גשר וויטסטון משמש למדד המתח?
גשר וויטסטון מסוגל למדוד מתח יציאה במונחים של מילי-וולט. עבור מד זן מלוכד, ניתן למדוד שינוי בהתנגדות כאשר הוא מחובר למעגל חשמלי (גשר וויטסטון) המודד את השינוי הדקיק בהתנגדות. כאשר מתח המוצא בגשר וויטסטון הופך ללא אפס, המעגל מאבד את שיווי משקלו ועוזר לקבוע את המתח על האובייקט.
5). איך מתקינים מודדי מתח?
להלן השלבים להתקנת מד המתח
לפיכך, an תיאור מקיף של מד המתח , עקרון העבודה, גורם המידה, המאפיינים והיישומים ניתנים במאמר זה. מלבד זאת, מתאם תמונה דיגיטלי (DIC) הוא טכניקה המופעלת בימינו למדידת זן. הוא משמש בתעשיות רבות בגלל דיוק וכמחליף לסוגי חיישנים קונבנציונליים כמו תאוצה, סירים מחרוזת, LVDT, ועוד רבים אחרים. הנה שאלה עבורך, מה הפונקציה העיקרית של מד המתח?
