Tensometry – precyzyjne pomiary odkształceń w inżynierii i przemyśle

Czym jest tensometr?

Tensometr to specjalistyczne urządzenie lub czujnik służący do pomiaru odkształceń mechanicznych materiału pod wpływem działających na niego sił. Dzięki zastosowaniu tensometrów możliwe jest precyzyjne określenie rozciągania lub ściskania elementów konstrukcyjnych, co ma kluczowe znaczenie w badaniach wytrzymałościowych, inżynierii materiałowej oraz automatyce przemysłowej.

Zasada działania tensometru

Podstawową zasadą działania tensometru jest zjawisko zmiany rezystancji elektrycznej przewodnika pod wpływem jego odkształcenia. Gdy materiał, na którym zamocowany jest tensometr, ulega rozciąganiu lub ściskaniu, rezystancja elektryczna tensometru również się zmienia. Ta zmiana jest następnie przekształcana na sygnał elektryczny, który może być analizowany i przeliczany na wartość odkształcenia.

Rodzaje tensometrów

Tensometry oporowe

Najczęściej stosowane w praktyce. Składają się z cienkiego przewodnika umieszczonego na podłożu izolacyjnym. Stosowane w badaniach laboratoryjnych i przemysłowych.

Tensometry półprzewodnikowe

Charakteryzują się wyższą czułością, ale również większą podatnością na zmiany temperatury. Wykorzystywane tam, gdzie potrzebna jest bardzo wysoka precyzja pomiaru.

Tensometry światłowodowe

Wykorzystują zmiany długości fali świetlnej. Stosowane w ekstremalnych warunkach środowiskowych, np. w energetyce czy lotnictwie.

Tensometry hydrauliczne i pneumatyczne

Rzadziej używane, stosowane głównie w prostych systemach mechanicznych.

Zastosowanie tensometrów

Tensometry odgrywają kluczową rolę w wielu dziedzinach techniki i nauki:

• Inżynieria mechaniczna – testy wytrzymałościowe konstrukcji stalowych, komponentów maszyn, ram nośnych.

• Budownictwo – monitoring naprężeń w mostach, budynkach, konstrukcjach betonowych.

• Motoryzacja i lotnictwo – badania komponentów narażonych na zmienne obciążenia.

• Robotyka i automatyka – integracja z układami siłowników, precyzyjna kontrola siły.

• Medycyna – np. w analizie biomechanicznej, ocenie sił działających na implanty.

Zalety stosowania tensometrów

• Wysoka precyzja – możliwość wykrycia nawet bardzo małych odkształceń.

• Bezpośredni pomiar – tensometry umieszczane są bezpośrednio na badanym elemencie.

• Szeroki zakres zastosowań – od mikroelementów po wielkogabarytowe konstrukcje.

• Odporność na zakłócenia elektromagnetyczne – szczególnie w wersjach światłowodowych.

• Możliwość integracji z systemami monitoringu i sterowania – w przemyśle 4.0.

Montaż i kalibracja

Montaż tensometru wymaga odpowiedniego przygotowania powierzchni – musi być czysta, gładka i odtłuszczona. Tensometr przykleja się za pomocą specjalistycznych klejów, a jego orientacja względem kierunku naprężeń ma kluczowe znaczenie dla dokładności pomiaru.

Kalibracja systemu pomiarowego odbywa się poprzez przyłożenie znanych sił i rejestrację sygnału wyjściowego. W zaawansowanych układach stosuje się mostki Wheatstone’a, które zwiększają czułość pomiaru i eliminują błędy wynikające z zakłóceń.

Wybór odpowiedniego tensometru

Przy doborze tensometru należy uwzględnić:

• rodzaj badanej konstrukcji – materiał, kształt, miejsce pomiaru,

• zakres i kierunek odkształceń – rozciąganie, ściskanie, skręcanie,

• środowisko pracy – temperatura, wilgotność, obecność zakłóceń,

• wymaganą dokładność i powtarzalność – zależną od zastosowania,

• interfejsy i integracja z systemem sterowania – analogowe lub cyfrowe wyjścia.

Nowoczesne systemy pomiarowe

Współczesne tensometry często stanowią część złożonych systemów pomiarowych, obejmujących:

• moduły przetwarzające sygnały,

• oprogramowanie do wizualizacji i analizy danych,

• rejestratory danych (dataloggery),

• zdalny monitoring i alarmowanie.

Rozwiązania tego typu znajdują zastosowanie w monitoringu infrastruktury krytycznej, kontroli jakości w produkcji oraz eksperymentach naukowych.

Przyszłość tensometrii

Rozwój technologii materiałowej oraz elektroniki użytkowej umożliwia miniaturyzację tensometrów, zwiększenie ich odporności i uproszczenie integracji z systemami bezprzewodowymi. W przyszłości tensometria może jeszcze szerzej znaleźć zastosowanie w inteligentnych materiałach, tkaninach z czujnikami (smart textiles) oraz urządzeniach wearable.

Podsumowanie

Tensometr to nieocenione narzędzie w nowoczesnym inżynierskim podejściu do badania wytrzymałości materiałów i konstrukcji. Umożliwia szybkie i dokładne określenie stanu obciążenia elementu, co ma kluczowe znaczenie w kontekście bezpieczeństwa, niezawodności i optymalizacji projektów.

Wysokiej klasy urządzenia pomiarowe oraz wsparcie techniczne oferowane przez renomowane firmy – takie jak PAX – gwarantują niezawodność działania, precyzyjne wyniki i długofalową użyteczność systemów tensometrycznych w każdej branży.

Materiał zewnętrzny