Mechanische Spanningen Meten

j.j. bos b.v.
Mechanische Spanningen Meten
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Wat is Spanning – Wat is Rek
Wat kunnen we meten
Hoe kunnen dat meten
De rekstrook
De brug van Wheatstone
De installatie
De toepassingen
j.j. bos b.v.
wat willen we weten?
j.j. bos b.v.
wat is SPANNING?
F
F
A = doorsnede oppervlakte
Niet direct meetbaar
j.j. bos b.v.
wat is REK?
l + Δl
F
1
2
F
Belaste staaf
A = doorsnede oppervlakte
j.j. bos b.v.
Rek vs Spanning
 1679 Robert Hooke
 Relatie tussen rek ε en spanning σ
 Elasticiteitsmodulus “E”
in N/m² of Pa
σ=E*ε
j.j. bos b.v.
Poissson Rek
• Dwarscontractie = de “negatieve rek in de dwarsrichting”
• Poisson verhouding ( ν )
• Materiaal constante
l
Onbelaste staaf
2
1
l + Δl
F
Belaste staaf
εx
1
2
εy
A = doorsnede oppervlakte
F
Poisson ratio (v) ligt voor
de meeste metalen tussen
de 0,28 en 0,33
j.j. bos b.v.
Rek uitgedrukt in percentage




1 Micro Rek με
1.000 µm/m
10.000 µm/m
100.000 µm/m
= 0,000001Meters/Meter 1*10-6
= 0,001 m/m (x100)
= 0,1%ε
= 0,01 m/m (x100)
= 1%ε
= 0,1 m/m (x100)
= 10%ε
j.j. bos b.v.
Vervormingen NIET gerelateerd aan spanning
ΔL
L
Wel uitzetting geen spanning
j.j. bos b.v.
hoe meten we rek ?
j.j. bos b.v.
rek in een elektrische geleider
De weerstand van een geleider wordt bepaald door:
l
2
1
R = de weerstand in Ohm (Ω)
ρ = soortelijke weerstand van het
materiaal van de draad in Ω mm²/m
L = de lengte van de draad in m
A = de oppervlakte van de doorsnede
in mm²
meetdraad
R
l + Δl
meetdraad
F
F
R + ΔR
j.j. bos b.v.
Gevoeligheidsfactor K (Gf)
Verhouding tussen lengte verandering en weerstandsverandering
ΔR / R
KF
ΔL / L
j.j. bos b.v.
Gevoeligheidsfactor K (Gf)
R = Oorspronkelijke weerstand van de gauge
ΔR = Weerstand verandering
L = Oorspronkelijke lengte van de gauge
ΔL = Lengte verandering
ε = Rek
j.j. bos b.v.
Draad rekstrookje
Simmons (1936, Cal Tech), Ruge (1938 MIT)
Op papier geplakte draad
j.j. bos b.v.
te meten weerstand verandering
K (Gf)
= 2.0
R
= 120Ω / 350 Ω
Resolutie 1µε = 1*10‾⁶ ε
Voor 1 Micro rek verandering moet je
multimeter 120,00024Ω meten
Dat betekent 8 digits met 5 decimalen
j.j. bos b.v.
Rek gevoelige legeringen
j.j. bos b.v.
Hoe is een rekstrook opgebouwd
Meest gebruikte folie/draad materialen
A – Constantaan voor algemene toepassingen. (3% tot 5% rek)
P – Uitgegloeid constantaan voor zeer hoge rekken. (10% tot 20% rek)
[niet cyclisch belasten.]
D – Isoelastisch, slechte temperatuur compensatie, goed dynamisch gedrag,
ED-DY serie.
K – Gemodificeerd Karma, nikkel/chroom legering. (hogere temperaturen).
TK, WK, SK series
j.j. bos b.v.
Hoe is een rekstrook opgebouwd
De backing / drager
Het meest gebruikte dragermateriaal: Polyamide (E)
De favoriete combinatie EA: Polyamide / Constantaan (open-faced)
Het meest toegepast CEA:
encapsulated (afgedekt grid)
j.j. bos b.v.
Hoe is een rekstrook opgebouwd
Verschillende rekstrook dragers
j.j. bos b.v.
Hoe is een rekstrook opgebouwd
Weerstand geleider (grid / folie) is tot 5 duizendste mm
dun, hiervoor is dus een backing (drager) nodig.
Waarom is het grid / folie zo dun?:
1. Zodat de weerstand van de draad zo
groot mogelijk is.
2. Zodat de draad de rek van het
materiaal, waaraan gemeten moet
worden goed zal volgen.
j.j. bos b.v.
Dwarsgevoeligheid (Poisson’s rek)
 Rekgevoeligheid
 Coëfficiënt Kt
ε lengte
 Grote van Kt
 (Zie ook TechNote TN-509)
ε dwars
j.j. bos b.v.
Dwarsgevoeligheid (Poisson’s rek)
Correctie condities:
Bekend moet zijn: Elastisch gedrag van het materiaal en
Kt, ν en Kn
ε lengte
Kt = Dwarsgevoeligheid (%) -8% (zie pakje)
ν = Poisson’s Ratio van het materiaal (aluminium) 0,33
Kn = Nominale K-factor van de gauge of (Gf) van het pakje (2,115)
Kcorr = correctie K-factor
ε dwars
j.j. bos b.v.
Voorbeeld van rekstrook Nomenclatuur
Gauge Length
Measurement Axis
Gauge Alignment
Marks
Transverse Axis
Grid Line
Grid Area
Matrix or Backing
End Loops
Solder Tabs
j.j. bos b.v.
Voorbeeld van verschillende soorten rekstrook patronen
‘T’ Rosette
j.j. bos b.v.
Voorbeeld van verschillende soorten rekstrook patronen
Afschuiving of torsie rekstrook ½ brug
j.j. bos b.v.
Voorbeeld van verschillende soorten rekstrook patronen
3 elementen 45 graden rosette
j.j. bos b.v.
Voorbeeld van verschillende soorten rekstrook patronen
Strip rekstrook
j.j. bos b.v.
Rekstrook lijm – de ideale eigenschappen
1. Een sterke verbinding.
2. Eenvoudig te mixen
3. Overal te gebruiken
4. Lange houdbaarheidsdatum (voldoende handelingstijd)
5. Een zo dun mogelijke lijmlaagdikte.
j.j. bos b.v.
Rekstrook lijmen
 M-bond 200 Cyanoacrylaat
 M-bond AE10 Epoxy
 M-bond AE15 Epoxy
 M-bond 600 verdunde Epoxy-fenol
 M-bond 610 verdunde Epoxy-fenol
 Vele andere typen
j.j. bos b.v.
Brug van Wheat Stone
Brug is in balans als:
P+
R1
R2
V
S-
S+
R3
R4
P-
j.j. bos b.v.
Vervormingen NIET gerelateerd aan spanning
ΔL
L
Wel uitzetting geen spanning
j.j. bos b.v.
Rekstrook reactie als gevolg van de temperatuur
j.j. bos b.v.
Rekstrook temperatuur compensaties
j.j. bos b.v.
Volle brug circuit- trek staaf
j.j. bos b.v.
Volle brug circuit- buig staaf
j.j. bos b.v.
Volle brug circuit- torsie staaf
aaaaaaaa
j.j. bos b.v.
Voorbeelden rekstrooktoepassingen
j.j. bos b.v.
Voorbeelden rekstrooktoepassingen
j.j. bos b.v.
Voorbeelden rekstrooktoepassingen
j.j. bos b.v.
Diverse krachtopnemers
j.j. bos b.v.
Kolom load cell
j.j. bos b.v.
S-beam - schuifkrachten
Load washer
j.j. bos b.v.
Piezo resistieve versnellingsopnemers
j.j. bos b.v.
j.j. bos b.v.
j.j. bos b.v.
j.j. bos b.v.
j.j. bos b.v.
j.j. bos b.v.
j.j. bos b.v.
Toepassingsgebied is zeer breed
Omdat de rekstrook op vrijwel alle
materialen is aan te brengen, zijn
de toepassingen slecht beperkt
door de creativiteit van de
bedenker
•
•
•
•
•
•
•
Metalen
Kunststoffen
Hout
Beton
Composiet materiaal
Bot (levend)
??
Proefstaven / constructie delen / industrieel wegen, badkamer weegschaal /
geneeskunde / tandheelkunde / trillingsmeting -bewaking / scheepsassen –
voorstuwing – torsie bewaking – vermogensbewaking / Eurocopter hoofdas
bewaking / etc. / etc.
j.j. bos b.v.