Funktion

Hur fungerar en trådtöjningsgivare?

Uppbyggnad

Det finns många olika varianter av trådtöjningsgivare. Men vanligast är ändå den typ som har ett gallerformat detekteringselement av tunn metallisk resistiv tråd (3 – 6µm i tjocklek) fastsatt på en tunn plastfilm (15 -16µm i tjocklek) och som sedan lamineras med en tunn täckfolie.

Användning

Trådtöjningsgivaren fästs, oftast med lim, på ett mätobjekt så att den metalliska resistiva tråden kan förlängas eller förkortas beroende på den töjning som mätobjektet utsätts för. I de flesta metaller sker en förändring i elektriskt motstånd när de utsätts för en yttre kraft som antingen trycker ihop eller drar isär metallen. Givaren applicerar denna princip till töjningsmätning genom förändringen av det elektriska motståndet. Metalltråden i givaren är oftast gjord av en koppar-nickellegering. Legeringen har en motståndsförändring som är proportionell till töjningen.

Mätmetoder för töjning

töjningDet finns olika typer av mätmetoder för töjning och de kan grovt klassificeras i mekaniska, optiska och elektriska metoder. Eftersom töjningen på ett ämne geometrisk kan ses som en längdförändring mellan två punkter, så handlar alla metoder om att sätt att mäta längd- eller distansförändringen. Om elasticitetsmodulen för objektets material är känt, så möjliggör töjningsmätningen en beräkning av normalspänningen. Sålunda utförs ofta töjningsmätning för att bestämma normalspänningen som uppstår i ett objekt beroende en yttre kraft, snarare än att få veta storleken på töjningen.



Elektrisk resistans proportionell till töjning

Tillbaka till principen om att en trådtöjningsgivare har en metallegering som får en elektrisk motståndsförändring som är proportionell till töjningen. Låt oss uttrycka principen enligt följande:


där:
R: Ursprungligt motstånd för trådtöjningselementet, Ω (ohm).
ΔR: Motståndsförändring, Ω (ohm), initierad av en förlängning- eller förkortning av givaren.
K: Proportionell konstant kallad givarfaktor.
ε: Töjning

Givarfaktorn, K, är olika för olika metallmaterial. Koppar-nickellegeringen har en givarfaktor på omkring 2. Då töjning är ett oerhört litet fenomen, är också resistansförändringen som orsakas av töjningen extremt liten.

Som ett exempel, låt oss beräkna resistansförändringen på ett trådtöjningselement som har en töjning på 1000 • 10-6. I allmänhet är motståndet 120Ω och således fastställs följande ekvation:


Storleken på resistansförändringen är då:

I verkligheten är det extremt svårt att noggrant mäta en sådan liten resistansförändring som inte går att mäta med en konventionell ohmmeter. Följaktligen mäts små motståndsändringar med en dedikerad töjningsförstärkare som använder en elektrisk krets som kallas wheatstonebrygga.