Venymämittausten yksi tärkeä sovellus on rakenteen käytönaikaisten rasitusten määrittäminen. Tällöin määritetään kuormituksessa esiintyvien jännitysvaihtelujen suuruudet ja lukumäärät.

Mitä venymäliuskamittaus on?

Venymäliuska-anturi (lyhyemmin myös venymäliuska) on materiaalin venymisen mittaamiseen tarkoitettu anturi. Sen toiminta perustuu siihen, että anturissa olevan metallijohteen muoto muuttuu venytyksen takia ja siksi myös johteen resistanssi muuttuu. Anturi on yleensä ohuen kalvon sisässä ja metallijohde on laskostettu anturin mittaussuunnassa useaan kerrokseen hilaksi. Anturin pituus on tyypillisesti 3-5 mm ja leveys 2 mm. Anturi liimataan rakenteen pintaan, jotta sen venyisi rakenteen pinnan venymisen mukana.

Venymäliuskalla on jokin nimellinen resistanssi kuten 120 ohm ja 350 ohm. Anturin venyessä sen vastus muuttuu hyvin vähän suhteessa nimelliseen resistanssiin. Tämä vähäinen vastuksen muutos voidaan kuitenkin mitata jännitteen muutoksena, kun neljä vastusta ja/tai venymäliuskaa kytketään Wheatstone-sillaksi.

Jännitteen muutos Wheatstone-sillassa on vielä liian pieni käsiteltäväksi koska se on luokkaa mikro- tai millivolttiluokkaa, joten se on ensin vahvistettava suuruudeltaan volttiluokkaan jotta se voidaan muuttaa A/D-muuntimessa järkeviksi yksiköiksi. Tulos saadaan ulos esimerkiksi yksiköinä uStr, joka kuvaa suoraan materiaalin venymää.

Mittaukseen tulee hieman lisämutkia, kun huomioidaan lämpölaajeneminen, vahvistuksen aiheuttama kohina, jännityksen ja venymän moniaksiaalisuus, johdinten resistanssi, virtalähteen aiheuttamat häiriöt ja rakenteen epätarkkuudet.

Mittauksen suunnittelu

Vastusvenymäliuskamittauksilla haetaan usein rakenteen eniten rasitettujen kohtien jännityksiä. Kuitenkin suunnittelutyössä, jossa uuden version lähtökohdaksi valitaan nykyisen rakenteen kuormitus, parempi valinta on mitata kuormitus jännityskeskittymien sijasta nimellisinä jännityksinä.

Siltakytkennällä voidaan valita mitä voimasuureita esimerkiksi palkita tai pilarista mitataan. Normaalivoima saadaan 1/4-siltakytkennällä. Kytkentä voidaan tehdä 1/2-siltana siten, että tulos on suoraan pilarin normaalivoima tai palkkia taivuttava momentti. Myös leikkausvoima tai vääntömomentti voidaan mitata sopivalla 1/2-siltakäytkennällä, kun käytetään liuskoja, joissa on kaksi 90 asteen kulmassa olevaa hilaa.

Nämä ovat vain esimerkkejä mahdollisista kytkennöistä. Kytkentätapoja on paljon lisää ja valinta riippuu mitattavasta tapauksesta.

Venymäliuskojen optimaalinen sijainti määritetään yleensä FE-analyysin avulla. On nimittäin mahdollista liimata venymäliuska sellaiseen kohtaan, jossa ei käytännössä esiinny merkittävää venymää vaikka lähellä olisi merkittävä jännityskeskittymä.

Mittaus

Mittaus tehdään useimmiten niissä olosuhteissa kuin konetta tai rakennetta tavallisesti käytetään. Mittauksesta riippuen mittaus voi kestää muutamasta minuutista tunteihin. Tarvittaessa mittaus voidaan automatisoida ja sitä voidaan jatkaa jopa kuukausien ajan.

Tulosten analysointi

Asiakkaalle toimitetaan raportti mittauksen keskeisistä tuloksista ja tarvittaessa myös valmiit ehdotukset jatkotoimenpiteiksi.

Mittauskohteet

Mitattava kohdi voi olla lähes mikä vain. Suunnittelemme mittauksen kohteeseen sopivaksi.

Viitteet

  1. Lord User Manual,V-Link -LXRS, LORD Corporation, 2014
  2. Microlink 751-SG User Manual, Windmill Software Ltd, 2012
  3. Microlink 770 Manual, Biodata Limited, 2003