ٹینو میٹرز - ٹینسومیٹرک پیمائش کرنے والے ٹرانس ڈوسرز

سٹرین گیج سینسر - ایک پیرامیٹرک ریزسٹیو ٹرانسڈیوسر جو کسی سخت جسم کی خرابی کو اس پر لاگو میکانیکل تناؤ کی وجہ سے برقی سگنل میں تبدیل کرتا ہے۔

ایک مزاحمتی پریشر گیج ایک بیس ہے جس میں ایک حساس عنصر منسلک ہوتا ہے۔ سٹرین گیج کا استعمال کرتے ہوئے تناؤ کی پیمائش کا اصول یہ ہے کہ تناؤ کے دوران سٹرین گیج کی مزاحمت بدل جاتی ہے۔ آل راؤنڈ کمپریشن (ہائیڈرو سٹیٹک پریشر) کے عمل کے تحت دھاتی موصل کی مزاحمت کی تبدیلی کا اثر لارڈ کیلون نے 1856 میں اور او ڈی ہوولسن نے 1881 میں دریافت کیا۔

اس کی جدید شکل میں، ایک سٹرین گیج ساختی طور پر ایک سٹرین ریزسٹر کی نمائندگی کرتا ہے، جس کا حساس عنصر تناؤ کے لیے حساس مواد (تار، ورق وغیرہ) سے بنا ہوتا ہے، جو زیر تفتیش حصے پر بائنڈر (گلو، سیمنٹ) کے ساتھ لگایا جاتا ہے۔ (شکل 1). سینسنگ عنصر کو برقی سرکٹ سے جوڑنے کے لیے، سٹرین گیج میں تاریں ہوتی ہیں۔کچھ سٹرین گیجز آسانی سے انسٹالیشن کے لیے ڈیزائن کرتے ہیں، ان میں حساس عنصر اور ٹیسٹ کے تحت حصے کے درمیان ایک پیڈ ہوتا ہے، نیز ایک حفاظتی عنصر حساس عنصر کے اوپر واقع ہوتا ہے۔

پیکر 1 سٹرین گیج کی اسکیمیٹک: 1- حساس عنصر؛ 2- بائنڈر؛ 3- سبسٹریٹ؛ 4- تفتیش کی تفصیل؛ 5- حفاظتی عنصر؛ 6- سولڈرنگ کے لیے بلاک (ویلڈنگ)؛ 7-تار وائرنگ

سٹرین گیج ٹرانسڈیوسرز کے استعمال سے حل کیے جانے والے تمام کاموں کے ساتھ، ان کے استعمال کے دو اہم شعبوں میں فرق کیا جا سکتا ہے:

- مواد کی جسمانی خصوصیات کا مطالعہ، حصوں اور ڈھانچے میں خرابی اور دباؤ؛

- میکانی اقدار کی پیمائش کرنے کے لئے تناؤ کے گیجز کا استعمال جو لچکدار عنصر کی اخترتی میں تبدیل ہوجاتی ہیں۔

پہلی صورت وولٹیج کی پیمائش کے پوائنٹس کی ایک اہم تعداد، ماحولیاتی پیرامیٹرز میں تبدیلیوں کی وسیع رینج کے ساتھ ساتھ پیمائش کے چینلز کو کیلیبریٹ کرنے کی ناممکنات کی خصوصیت ہے۔ اس صورت میں، پیمائش کی غلطی 2-10٪ ہے.

دوسری صورت میں، سینسرز کی پیمائش شدہ قدر کے مطابق کیلیبریٹ کی جاتی ہے اور پیمائش کی غلطیاں 0.5-0.05% کی حد میں ہوتی ہیں۔

سٹرین گیجز کے استعمال کی سب سے نمایاں مثال توازن ہے۔ زیادہ تر روسی اور غیر ملکی مینوفیکچررز کے ترازو سٹرین گیجز سے لیس ہیں۔ لوڈ سیل کے پیمانے مختلف صنعتوں میں استعمال ہوتے ہیں: الوہ اور فیرس دھات کاری، کیمیائی، تعمیراتی، خوراک اور دیگر صنعتوں میں۔

برقی ترازو کے آپریشن کے اصول کو متناسب آؤٹ پٹ برقی سگنل میں نتیجے میں ہونے والی تبدیلیوں، جیسے اخترتی، کو تبدیل کرکے لوڈ سیل پر کام کرنے والی کشش ثقل کی قوت کی پیمائش کرنے کے لیے کم کیا جاتا ہے۔

ٹینسر ریزسٹرس کے وسیع استعمال کی وضاحت ان کے متعدد فوائد سے ہوتی ہے:

- چھوٹے سائز اور وزن؛

- کم جڑتا، جو جامد اور متحرک پیمائش دونوں کے لیے سٹرین گیجز کے استعمال کی اجازت دیتا ہے؛

- ایک لکیری خصوصیت ہے؛

- پیمائش کو دور سے اور بہت سے مقامات پر کرنے کی اجازت دیں۔

- جانچ شدہ حصے پر ان کی تنصیب کے طریقہ کار کو پیچیدہ آلات کی ضرورت نہیں ہے اور جانچ شدہ حصے کے اخترتی فیلڈ کو مسخ نہیں کرتا ہے۔

اور ان کا نقصان، جو کہ درجہ حرارت کی حساسیت ہے، زیادہ تر صورتوں میں اس کی تلافی کی جا سکتی ہے۔

کنورٹرز کی اقسام اور ان کے ڈیزائن کی خصوصیات

سٹرین گیجز کا آپریشن اخترتی اثر کے رجحان پر مبنی ہے، جو ان کی میکانکی اخترتی کے دوران تاروں کی فعال مزاحمت میں تبدیلی پر مشتمل ہوتا ہے۔ مواد کے اخترتی اثر کی خصوصیت رشتہ دار اخترتی حساسیت K کا گتانک ہے، جسے موصل کی لمبائی میں تبدیلی کے خلاف مزاحمت میں تبدیلی کے تناسب کے طور پر بیان کیا گیا ہے:

k = er/el

جہاں er = dr/r — موصل کی مزاحمت میں رشتہ دار تبدیلی؛ el = dl / l - تار کی لمبائی میں رشتہ دار تبدیلی۔

ٹھوس جسموں کی خرابی کے دوران، ان کی لمبائی میں تبدیلی حجم میں تبدیلی سے منسلک ہوتی ہے، اور ان کی خصوصیات، خاص طور پر، مزاحمت کی قدر، بھی تبدیل ہوتی ہے. لہذا، عام صورت میں حساسیت کے گتانک کی قدر کو اس طرح ظاہر کیا جانا چاہیے۔

K = (1 + 2μ) + m

یہاں، مقدار (1 + 2μ) موصل کے ہندسی طول و عرض (لمبائی اور کراس سیکشن) میں تبدیلی سے وابستہ مزاحمت میں تبدیلی کو ظاہر کرتی ہے، اور — اس کی جسمانی تبدیلی سے وابستہ مواد کی مزاحمت میں تبدیلی خواص

اگر ٹینسر کی تیاری میں سیمی کنڈکٹر مواد کا استعمال کیا جاتا ہے تو، حساسیت کا تعین بنیادی طور پر اس کی اخترتی اور K»m کے دوران جالی مواد کی خصوصیات میں تبدیلی سے ہوتا ہے اور مختلف مواد کے لیے 40 سے 200 تک مختلف ہو سکتا ہے۔

تمام موجودہ کنورٹرز کو تین اہم اقسام میں تقسیم کیا جا سکتا ہے:

- تار؛

- ورق؛

- ایک فلم.

تار ٹیلی میٹر دو سمتوں میں غیر برقی مقدار کو ماپنے کی تکنیک میں استعمال ہوتے ہیں۔

پہلی سمت حجم کمپریشن کی حالت میں کنڈکٹر کے اخترتی اثر کا استعمال ہے، جب ٹرانسڈیوسر کی قدرتی ان پٹ ویلیو آس پاس کی گیس یا مائع کا دباؤ ہے۔ اس صورت میں، ٹرانسڈیوسر تار کا ایک کنڈلی ہے (عام طور پر مینگنین) ماپا دباؤ (مائع یا گیس) کے علاقے میں رکھا جاتا ہے۔ کنورٹر کی آؤٹ پٹ ویلیو اس کی فعال مزاحمت میں تبدیلی ہے۔

دوسری سمت تناؤ کے حساس مواد سے بنے تناؤ تار کے تناؤ اثر کو استعمال کرنا ہے۔ اس صورت میں، وولٹیج سینسر "مفت" کنورٹرز کی شکل میں اور چپکنے والے کی شکل میں استعمال ہوتے ہیں۔

"مفت" سٹرین گیجز تاروں کی ایک یا ایک قطار کی شکل میں بنائے جاتے ہیں، جو حرکت پذیر اور غیر منقولہ حصوں کے درمیان سرے پر طے ہوتے ہیں اور ایک اصول کے طور پر، بیک وقت ایک لچکدار عنصر کا کردار ادا کرتے ہیں۔ اس طرح کے ٹرانسڈیوسرز کی قدرتی ان پٹ ویلیو حرکت پذیر حصے کی بہت کم حرکت ہے۔

بانڈڈ وائر سٹرین گیج کی سب سے عام قسم کا آلہ تصویر 2 میں دکھایا گیا ہے۔ 0.02-0.05 ملی میٹر قطر کے ساتھ ایک پتلی تار، جسے زگ زیگ پیٹرن میں رکھا جاتا ہے، پتلے کاغذ یا لاک ورق کی پٹی سے چپکایا جاتا ہے۔ لیڈڈ تانبے کی تاریں تار کے سروں سے جڑی ہوئی ہیں۔ کنورٹر کے اوپری حصے کو وارنش کی پرت سے ڈھانپ دیا جاتا ہے اور بعض اوقات اسے کاغذ یا محسوس سے بند کر دیا جاتا ہے۔

ٹرانس ڈوسر کو عام طور پر انسٹال کیا جاتا ہے تاکہ اس کا سب سے لمبا سائیڈ ناپی جانے والی قوت کی سمت میں ہو۔ اس طرح کا ایک ٹرانس ڈوسر، ٹیسٹ کے نمونے سے چپکا ہوا، اس کی سطح کی پرت کی خرابیوں کو سمجھتا ہے۔ اس طرح، چپکنے والے ٹرانسڈیوسر کی قدرتی ان پٹ ویلیو اس حصے کی سطح کی پرت کی اخترتی ہے جس پر اسے چپکا دیا گیا ہے، اور آؤٹ پٹ اس اخترتی کے متناسب ٹرانسڈیوسر کی مزاحمت میں تبدیلی ہے۔ عام طور پر، چپکنے والے سینسر غیر چپکنے والے سینسروں کی نسبت زیادہ کثرت سے استعمال ہوتے ہیں۔

شکل 2 - بانڈڈ وائر سٹرین گیج: 1 - سٹرین گیج وائر؛ 2- گلو یا سیمنٹ؛ 3- سیلفین یا کاغذ کی پشت پناہی؛ 4-تار تاریں

ٹرانس ڈوسر کی پیمائش کی بنیاد تار کے زیر قبضہ حصے کی لمبائی ہے۔ سب سے زیادہ استعمال ہونے والے ٹرانسڈیوسرز 5-20 ملی میٹر بیسز ہیں جن کی مزاحمت 30-500 اوہم ہے۔

سب سے عام سموچ تناؤ گیج ڈیزائن کے علاوہ، اور بھی ہیں. اگر ٹرانسڈیوسر کی پیمائش کی بنیاد کو کم کرنا ضروری ہے (3 - 1 ملی میٹر)، تو یہ سمیٹنے کے طریقہ کار سے کیا جاتا ہے، جس میں ایک ٹیوب پر سرکلر کراس سیکشن کے مینڈرل پر بوجھ سے حساس تار کے سرپل کو سمیٹنا ہوتا ہے۔ پتلا کاغذ. اس ٹیوب کو پھر چپکایا جاتا ہے، مینڈریل سے ہٹا دیا جاتا ہے، چپٹا کیا جاتا ہے، اور تاروں کو تار کے سروں سے جوڑ دیا جاتا ہے۔

جب تھرمو کنورٹر والے سرکٹ سے بڑا کرنٹ حاصل کرنا ضروری ہوتا ہے، تو وہ اکثر کوائلڈ تار کے ساتھ "طاقتور" سٹرین گیجز کا استعمال کرتے ہیں... وہ ایک بڑی تعداد (30 - 50 تک) تاروں پر مشتمل ہوتے ہیں جو متوازی طور پر جڑے ہوتے ہیں، مختلف ہوتے ہیں۔ بڑے سائز میں (بیس کی لمبائی 150 - 200 ملی میٹر) اور کنورٹر سے گزرنے والے کرنٹ میں نمایاں اضافہ کو قابل بناتا ہے (شکل 3)۔

ڈرائنگ 3- کم مزاحمت کے ساتھ ٹینو میٹر ("طاقتور"): 1 — سٹرین گیج تار؛ 2- گلو یا سیمنٹ؛ 3- سیلفین یا کاغذ کی پشت پناہی؛ 4 پن تار

وائر پروبس میں نمونے (سبسٹریٹ) سے رابطہ کا ایک چھوٹا سا علاقہ ہوتا ہے، جو اعلی درجہ حرارت پر رساو کے دھاروں کو کم کرتا ہے اور حساس عنصر اور نمونے کے درمیان زیادہ الگ تھلگ وولٹیج کا باعث بنتا ہے۔

فوائل لوڈ سیلز چپکنے والی لوڈ سیلز کا سب سے مقبول ورژن ہیں۔ فوائل ٹرانسڈیوسرز 4-12 مائیکرون موٹی فوائل کی ایک پٹی ہیں، جس پر دھات کے ایک حصے کو اس طرح چنا جاتا ہے کہ اس کا باقی حصہ تصویر 4 میں دکھایا گیا لیڈ گرڈ بناتا ہے۔

اس طرح کے گرڈ کی تیاری میں، گرڈ کے کسی بھی پیٹرن کا اندازہ لگایا جا سکتا ہے، جو فوائل سٹرین گیجز کا ایک اہم فائدہ ہے۔ تصویر 4 میں، ایک فوائل ٹرانسڈیوسر کی ظاہری شکل کو ظاہر کرتا ہے جو لکیری تناؤ کی حالتوں کی پیمائش کے لیے ڈیزائن کیا گیا ہے، انجیر میں۔ 4، c — ایک ورق ٹرانسڈیوسر جو کہ ٹارک کی پیمائش کے لیے شافٹ پر چپکا ہوا ہے، اور انجیر میں۔ 4، b - جھلی سے چپکا ہوا ہے۔

ڈرائنگ 4- فوائل کنورٹرز: 1- لوپس کو ایڈجسٹ کرنا۔ 2- جھلی کی تناؤ کی قوتوں کے لیے حساس موڑ؛ 3- ڈایافرام کی دبانے والی قوتوں کے لیے حساس گردشیں۔

فوائل کنورٹرز کا ایک سنگین فائدہ کنورٹر کے سروں کے کراس سیکشن کو بڑھانے کا امکان ہے۔ اس معاملے میں تاروں کی ویلڈنگ (یا سولڈرنگ) تار کنورٹرز کے مقابلے میں زیادہ قابل اعتماد طریقے سے کی جا سکتی ہے۔

فوائل ڈیفارمرز، تاروں کے مقابلے میں، حساس عنصر کی سطح کا کراس سیکشنل ایریا (حساسیت) سے زیادہ تناسب رکھتے ہیں اور یہ نازک درجہ حرارت اور مسلسل بوجھ پر زیادہ مستحکم ہوتے ہیں۔ سطح کا بڑا رقبہ اور چھوٹا کراس سیکشن بھی سینسر اور نمونے کے درمیان اچھے درجہ حرارت کے رابطے کو یقینی بناتا ہے، جو سینسر کی خود حرارت کو کم کرتا ہے۔

فوائل سٹرین گیجز کی تیاری کے لیے وہی دھاتیں استعمال کی جاتی ہیں جیسے ٹیلی میٹرز (کانسٹینٹان، نیکروم، نکل آئرن الائے، وغیرہ)، اور دیگر مواد بھی استعمال کیے جاتے ہیں، مثال کے طور پر، ٹائٹینیم-ایلومینیم الائے 48T-2، جس کی پیمائش ہوتی ہے۔ 12 % تک تناؤ کے ساتھ ساتھ سیمی کنڈکٹر مواد کی ایک بڑی تعداد۔

فلم ٹینسر

حالیہ برسوں میں، بانڈڈ مزاحمتی تناؤ کی بڑے پیمانے پر پیداوار کے لیے ایک اور طریقہ سامنے آیا ہے، جس میں تناؤ کے لیے حساس مواد کی ویکیوم سبلیمیشن اور اس کے نتیجے میں ایک سبسٹریٹ پر گاڑھا ہونا براہ راست ورک پیس پر اسپرے کیا جاتا ہے۔ اس طرح کے ٹرانسڈیوسرز کو فلم ٹرانسڈیوسرز کہا جاتا ہے۔ اس طرح کے سٹرین گیجز کی چھوٹی موٹائی (15-30 مائکرون) اعلی درجہ حرارت پر متحرک موڈ میں تناؤ کی پیمائش کرتے وقت ایک اہم فائدہ دیتی ہے، جہاں تناؤ کی پیمائش تحقیق کا ایک خصوصی شعبہ ہے۔

بسمتھ، ٹائٹینیم، سلکان یا جرمینیئم پر مبنی متعدد فلمی سٹرین گیجز کو ایک واحد کنڈکٹیو پٹی کی شکل میں بنایا گیا ہے (شکل 5)۔اس طرح کے ٹرانسڈیوسرز کو اس مواد کی حساسیت کے مقابلے میں جس سے ٹرانس ڈوسر بنایا جاتا ہے، ٹرانس ڈوسر کی نسبتاً حساسیت کو کم کرنے کا نقصان نہیں ہوتا ہے۔

شکل 5- فلم سٹرین گیج: 1- سٹرین گیج فلم؛ 2- لاکھ ورق؛ 3 پن تار

دھاتی فلم پر مبنی ٹرانسڈیوسر کا سٹرین گیج گتانک 2-4 ہے، اور اس کی مزاحمت 100 سے 1000 اوہم تک مختلف ہوتی ہے۔ سیمی کنڈکٹر فلم کی بنیاد پر بنائے گئے ٹرانسڈیوسرز کا گتانک 50-200 کے آرڈر کا ہوتا ہے اور اس وجہ سے یہ لاگو وولٹیج کے لیے زیادہ حساس ہوتے ہیں۔ اس صورت میں، ایمپلیفائر سرکٹس استعمال کرنے کی ضرورت نہیں ہے، کیونکہ سیمی کنڈکٹر سٹرین ریزسٹر پل کا آؤٹ پٹ وولٹیج تقریباً 1 V ہے۔

بدقسمتی سے، ایک سیمی کنڈکٹر کنورٹر کی مزاحمت لاگو وولٹیج کے ساتھ مختلف ہوتی ہے اور بنیادی طور پر پوری وولٹیج کی حد میں غیر لکیری ہوتی ہے، اور یہ بھی بہت زیادہ درجہ حرارت پر منحصر ہے۔ اس طرح، اگرچہ دھاتی فلم ڈیفارمر کے ساتھ کام کرتے وقت ایک یمپلیفائر کی ضرورت ہوتی ہے، لیکن لکیریٹی بہت زیادہ ہے اور درجہ حرارت کے اثر کو آسانی سے پورا کیا جا سکتا ہے۔