تصنيع وتصنيف خلايا الوزن بأنها من عناصر القياس المستخدمة لقياس لمواد الصلبة والمعادن بأنواعها

تصنيع وتصنيف خلايا الوزن بأنها من عناصر القياس المستخدمة لقياس لمواد الصلبة والمعادن بأنواعها

 

تصنيع وتصنيف خلايا الوزن بأنواعها من عناصر القياس المستخدمة لقياس المواد الصلبة عموماً بأنواعها بصفة خاصة:

تتكون خلاي الوزن من ثلاثة عناصر أساسية هي

جسم خلية الوزن

عنصر قياس إجهاد المعدن.

كابل تطويل للخلية.

أولاً جسم خلية الوزن( المعدن):

يعتبر المعدن الذي تصنع منه خلية الوزن كن أهم عناصر خلية الوزن. حيث تمدد أو ينكمش المعدن من بمقدار ما يتعرض له من قوة بعلاقة طردية فإذا تعرض المعدن لثقل مقداره فأنه يتمدد أو ينكمش بمقدار  والعلاقة بينهما طرية وذلك طبقاً لقانون هوك الذي ينص علي أن الاستطالة تتناسب طردياً مع مقدار الثقل أو القوة الواقعة علي جسم المعدن.

وبالتجارب العملية تم الحصول علي منحني لكل معدن يسمي sTREES cURVE sTRAIN وهذا المنحني يتكون بالأساس من منطقتين.

المنطقة الأولي: وتسمي منطقة الالستك وهذه المنطقة يتمدد أو ينكمش المعدل بمعدل ثابت يتناسب طردي مع مقدار القوة الواقعة عليه ويعود المعد إلي حالته الأصلية عند زوال القوة أو الثقل المؤثر عليه. إذا نظرنا للمنحني نجد أن معامل تمدد المعدن بهذه الطريقة بمعدل منتظم وثابت ومعدله خط مستقيم من الدولة الأولي.

المنطقة الثانية: تسمي منطقة البلاستيك وهذه المنطقة يتمدد أو ينكمش المعدل بمعدل غير ثابت ويتناسب تناسب طردي مع مقدار القوة الواقعة عليه ولا يعود المعدم إلي حالة الأصلية ويحصل له تشوه إذا نظرنا للمنحين نجد أن معامل تمدد المعدل بهذه المنطقة بمعدل غير منتظم وغير ثابت وبمعدلة منحني من الدرجة الثانية. وإذا ذادت القوة بمقدار معين نجد أن المعدن يصل لنقطة الكسر.

ولا يوجد سر في خامة خلية الوزن. حيث يمنكن تصنيع خلية من أي نوع من المعادن ولكن الاختلاف بين المعادن وبعضها البعض في الاختلاف في زيادة مساحة منقطة فالمعدن الطري تكون فيه المساحة الصغيرة والعكس في المعدن الصلد.

من 2-10 مليمتر مربع، مثبت عليها أسلاك رقيقة ذات مقاومة كهربائية مقداره 120 أو 350 (بدون إجهاد) وتتغير قيمة هذه المقاومة تغير طردي يتناسب مع مقدار تمدد أو انكماش أو انحناء هذه الشريحة الرقيقة وتسمى “foil strain gauge” وتلصق هذه الشريحة على الأجسام الصلبة بحيث يتمددان أو ينكمشان معا فيحدث إجهاد للجسم الصلب يقابله تغير في قيمة المقاومة الكهربائية للشريحة.

اخترع ” strain gauge” مهندس كهرباء اسمه Edward E. Simmons تخريج في عام 1934 بلوس انجلوس بولاية كاليفورنيا بالولايات المتحدة الأمريكية وذلك عندما كان يعمل في California Institute of Technology عام 1938.

وتعتبر شركة “HBM” وشركة “VISHAY” وشركة “TML” من أشهر الشركات التي تقوم بتصنيع وتطوير “FOIL STRAIN GAUGE” والذي يستخدم في تصنيع خلايا الوزن. وهناك عدد كبير من الشركات بشرق أسيا دخلت هذا المجال مما ساعدها على تصنيع خلايا وزن بأسعار زهيدة جدا قد وصلت لحد التكلفة.

ويلصق “FOIL Strain Gauge” حسب الاتجاه المراد قياس معامل التمدد أو الانكماش أو الانحناء، ويتم توصيلهم كهربائيا معا بشكل يماثل “قنطرة هوتستون” التي اشرنا إليها بالعدد الأول من مجلة “عالم الموازين” ويمكن تشكيل هذه القنطرة بعدد واحد ” FOIL Strain Gauge” وثلاثة مقومات ثابتة وتسمي “quarter bridge” أو بعدد اثنين ” FOIL Strain Gauge” ومقاومتان ثابتتين وتسمى “Half Bridge” أو بعدد أربعة ” FOIL Strain Gauge” وتسمى “Full Bridge” وأفضل وأدق نوع توصيل هو النوع الأخير “Full Bridge” حيث يتم تشغيل اثنين ” FOIL Strain Gauge” في اتجاه الشد الأسهم الحمراء  واثنين في اتجاه الضغط (الأسهم الزرقاء)  مما يمكننا من قياس أصغر إجهاد يتعرض له معدن جسم خلية الوزن.

ويتم لصق ” FOIL Strain Gauge” على جسم المعدن لخلية الوزن بأنواع من اللواصق (Adhesives) خاصة بذلك، وهو من أنواع الإبوكسيات.

الحالة “One Gage” والحالة “Tow Gages” يستخدمان فقط في خلايا الشد أما الحاله “Four Gage” فتستخدم في الخلية التي تعمل في الحالتين شد أو ضغط وتبين الأشكال من 7 إلى 9 ما يلي:

– مرحلة ما بعد تنظيف سطح المعدن ووضع المادة اللاصقة على جسم المعدن ووضع حرف حامل “Strain Gauge” على سطح المعدن.