Przetworniki sił ściskających i rozciągających są nieodzownym elementem w dziedzinie pomiarów mechanicznych. Stanowią kluczowy punkt w monitorowaniu i kontrolowaniu sił, które oddziałują na różne struktury. Ich funkcjonowanie opiera się na zasadzie zmiany oporu elektrycznego lub innego parametru fizycznego w odpowiedzi na siły ściskające lub rozciągające. W miarę jak technologia ewoluuje, przetworniki te stają się coraz bardziej zaawansowane, oferując precyzyjne pomiary i nowe możliwości w różnych dziedzinach, takich jak przemysł, nauka, medycyna czy budownictwo.

WIKA to międzynarodowa korporacja o uznanej pozycji, która działa już ponad 75 lat. Kojarzy się przede wszystkim z manometrami i przetwornikami ciśnienia. Wraz z przejęciem firmy Tecsis grupa WIKA rozpoczęła podbój rynku pomiaru siły.

Rosnąca potrzeba pomiaru siły na rynku zaowocowała nawiązaniem współpracy i realizacją wielu projektów. Portfolio sięga od typowych czujników wagowych, aż po zaawansowane rozwiązania dla geotechniki. Magazyn WIKA jest pełny produktów z listy super standard, dostępnych w krótkim terminie. Specjalizujemy się w pomiarze siły, ale posiadamy dostęp do całego portfolio.

Tensometryczne przetworniki sił: kluczowe narzędzia w pomiarach sił ściskających i rozciągających

Tensometryczne przetworniki sił ściskających/rozciągających to wyjątkowe urządzenia wykorzystywane w różnych dziedzinach nauki, przemysłu i technologii. Są one projektowane specjalnie do precyzyjnego pomiaru sił działających na ciała, które mogą być zarówno ściskane, jak i rozciągane. W tym artykule przyjrzymy się, czym są tensometryczne przetworniki sił, jak działają, jakie są ich rodzaje, oraz jakie zastosowania odgrywają w dzisiejszym świecie.

Czym są tensometryczne przetworniki sił ściskających/rozciągających?

Tensometryczne przetworniki sił, czasami nazywane tensometrami, to specjalne czujniki wykorzystywane do pomiaru sił ściskających i rozciągających. Wykorzystują one efekt tensometryczny, który polega na zmianie oporu elektrycznego materiału pod wpływem sił mechanicznych. Te urządzenia przekształcają to naprężenie mechaniczne w sygnał elektryczny, który można odczytać i zinterpretować.

Jak działają tensometryczne przetworniki sił?

Podstawowym mechanizmem działania tensometrycznych przetworników sił jest zastosowanie tensometrów - cienkich folii lub drutów z materiału o właściwościach tensometrycznych. Tensometry te są montowane na powierzchni struktury, którą ma się zbadać. Kiedy siła ściskająca lub rozciągająca działa na tę strukturę, tensometry ulegają odkształceniu, co powoduje zmianę ich oporu elektrycznego. Ta zmiana oporu jest następnie mierzona przy użyciu układu pomiarowego, który przelicza ją na wartość siły.

Rodzaje przetworników sił ściskających/rozciągających

Przetworniki sił można podzielić na różne rodzaje, w zależności od ich konstrukcji i zastosowań:

1. Przetworniki tensometryczne - w tych przetwornikach zmiana rezystancji materiału pod wpływem ściskającej siły jest wykorzystywana do pomiaru siły. Najczęściej stosowane w przemyśle.
2. Przetworniki pojemnościowe - w tych przetwornikach zmiany pojemności kondensatora są wykorzystywane do pomiaru siły. Są stosunkowo dokładne i nie generują dużego oporu mechanicznego.
3. Przetworniki piezorezystywne - w tych przetwornikach rezystancja zmienia się w odpowiedzi na przyłożoną siłę, co pozwala na pomiar jej wartości.
4. Przetworniki piezoelektryczne - jak już wspomniano, te przetworniki wykorzystują efekt piezoelektryczny w kryształach do generowania napięcia w odpowiedzi na siłę ściskającą.
5. Przetworniki cienkowarstwowe - Działają na tej samej zasadzie co tensometry. W przypadku czujnika cienkowarstwowego na membranie rozmieszczone są cztery rezystory tworzące mostek Wheatstone'a, które wykrywają odkształcenie membrany pod naciskiem/rozciągnięciem. W „procesie cienkowarstwowym” te czujniki są mocowane do elementu podstawy (np. metalowego) i tworzą strukturę (rozpylanie jonowe z fotolitografią i wytrawianiem).

Zastosowania tensometrycznych przetworników sił ściskających/rozciągających

Tensometryczne przetworniki sił znajdują zastosowanie w różnych dziedzinach:

1. Przemysł: W przemyśle są używane w monitorowaniu i kontroli procesów produkcyjnych oraz w badaniach wytrzymałości materiałów.
2. Nauka: W badaniach naukowych stosowane są do pomiarów w eksperymentach z materiałami, w biomechanice, oraz w badaniach nad zachowaniem materiałów.
3. Motoryzacja: W motoryzacji są używane w badaniach i rozwoju pojazdów, w testach zderzeniowych oraz w systemach bezpieczeństwa.
4. Budownictwo: Pomagają w monitorowaniu obciążeń w budynkach i konstrukcjach oraz w badaniach geotechnicznych.

Podsumowanie

Tensometryczne przetworniki sił ściskających/rozciągających stanowią kluczowe narzędzie w dziedzinie pomiarów sił mechanicznych. Ich różnorodność i precyzja sprawiają, że są niezastąpione w wielu dziedzinach, od inżynierii po nauki przyrodnicze. W miarę rozwoju technologii stają się coraz bardziej zaawansowane, co pozwala na jeszcze dokładniejsze i bardziej złożone pomiary. Dlatego też warto śledzić postęp w tej dziedzinie, ponieważ tensometryczne przetworniki sił ściskających/rozciągających odgrywają kluczową rolę w badaniach, projektach i produkcji.