Temperatur

En viktig sak att ta i beaktande vid töjningsmätningar är den termiska effekt som uppstår. Resistiviteten är temperaturberoende hos alla ledarmaterial vilket gör att trådtöjningsgivarens resistans varierar med dess temperatur. Dessutom så utvidgas ledaren och mätobjektet sig olika vid temperaturförändringar, vilket orsakar en så kallad ”skenbar töjning” som ger upphov till mätfel. För att undkomma dessa problem kan flera töjningsgivare monteras och kopplas så att effekten av en varierande temperatur på mätobjektet blir försumbar.

”Dummy-givare” metoden

Den s.k. “dummy-givare”-metoden använder ett 2-givarsystem. Givare 1 är aktiv och fästs på mätobjektet och där en inaktiv givare 2 fästs på ett sådant sätt att det inte påverkas av töjning, men fortfarande av temperaturen. Fastsättningen av givare 2 kan ske genom att t.ex använda ett ”tjockt” limskikt eller en mindre bit av av samma material som mätobjektet, ett s.k. ”dummy-block”. “Dummy-blocket” utsätts för mätobjektets töjning men däremot utsätts det för samma temperatur.

Som visas i figuren till höger så är de två givarna anslutna till angränsande sidor av bryggan. Eftersom mätobjektet och dummy-blocket utsätts för samma temperaturförhållande är den termiskt inducerade förlängningen eller förkortningen lika på bägge sidor. Då givare 1 och 2 utsätts för samma temperatur och samma ”skenbara töjning” kommer brygg-kopplingens utspänning e att vara noll genom att givarna är anslutna till intilliggande sidor.



Temperaturkompenserande givare

Teoretiskt sett är ”dummy-givare”-metoden som beskrivs ovan en idealisk metod för temperaturkompensation. Men nackdelen med metoden är det extra arbete som det innebär att behöva fästa en ”dummy-givare” till mätobjektet. Därför har det utvecklats en metod att med en enda givare göra temperaturkompensering.

Med denna metod är temperaturkoefficienten för trådtöjningsgivarens resistans styrt baserat på mätobjektets linjära expansionskoefficient. Sålunda kan den negativa påverkan som varierande temperatur har på töjningsmätningar elimineras om hänsyn tas till mätobjektet.

Principen för temperaturkompenserande givare

temperaturkompenserande givareAntag att den linjära expansionskoefficienten för mätobjektet är ßs och att den för det resistiva elementet för trådtöjningsgivaren är ßg. När töjningsgivaren är fäst till mätobjektet som visas i figuren till höger, får trådtöjningsgivaren en termiskt inducerad töjning /°C, εT enligt följande:

där:
α: temperaturkoefficient för givarens resistans
Ks: Givarfaktor för trådtöjningsgivaren

Givarfaktorn, Ks, bestäms av materialet av det resistiva elementet och de linjära expansionskoefficienterna ßs och ßg bestäms av materialet hos mätobjektet respektive det resistiva elementet. Således genom att kontrollera temperaturkoefficienten för givarens resistans, α, kan man enl. ovanstående ekvation göra den termiskt inducerade töjningen noll ( εT = 0 ).

α = – Ks (ßs – ßg) = Ks (ßs – ßg)

Temperaturkoefficienten för givarens resistans, α, kan regleras genom värmebehandling i folieproduktionsprocessen. Och genom att göra olika versioner av trådtöjningsgivare med olika temperaturkoefficienter som är anpassade till olika material på mätobjekten kan man få mätningar där temperaturproblematiken har minimerats.



Ledningstrådar

Genom att använda temperaturkompenserande givare elimineras alltså den termiska effekt som påverkar givarens utsignal. Men ledningstrådarna mellan trådtöjningsgivaren och brygg-kopplingen påverkas också av den omgivande temperaturen. Detta problem måste också lösas.

Med det 1-givar 2-trådssystem som visas i figuren till höger så är resistansen för varje ledningstråd i serie till givaren och därmed genererar inte ledningstrådarna termiska problem om det är korta. Men om det är långa så påverkar ledningstrådarna mätningen negativt.

töjningsmätningar3-trådssystemet utvecklades för att eliminera den termiska effekten på ledningstrådarna. Som visas i figuren till höger har 3-trådssystemet två ledningstrådar anslutna till en av givarledningarna och en ledningstråd ansluten till den andra.

Till skillnad från 2-trådssystemet så fördelar 3-trådssystemet ledningstrådens resistans till givarsidan för bryggan och till den intilliggande sidan. I figuren går ledningstrådens resistans r1 i serie med Rg och ledningstrådens resistans r2 går i serie med R2. Då r1 = r2 så kommer ledningstrådens resistans att distribueras till intilliggande sida av bryggan och så att säga ta ut varandra. Den tredje ledningstrådens resistans r3 är anslutet till bryggans utsignal och ger i princip ingen effekt på utsignalen dvs mätningen.