איך עובד מתמר עומס?
הבסיס של מתמר עומס הוא גוף עשוי חומר אלסטי, בדרך כלל אלומיניום או פלדה, שמגיב ללחצים פיזיים. כאשר מופעל כוח (עומס) על גוף המתמר, הוא מתעוות מעט – עיוות שמתרחש בצורה מבוקרת ומדידה. על גבי הגוף הזה מודבקים גשרים חשמליים (Strain Gauges), שהם רכיבי התנגדות קטנים שמגיבים לעיוות שנוצר בגוף המתמר.
כאשר המתמר מתעוות, גם הגשרים החשמליים שעליו משתנים בהתאם – או נמתחים או נדחסים – בהתאם לסוג הכוח שהופעל. שינוי זה משפיע על ההתנגדות החשמלית של הגשרים, וכתוצאה מכך, על המתח החשמלי שנוצר במעגל החשמלי המחובר למתמר. המתח הזה נמדד על ידי מערכת אלקטרונית שמעבדת את האות ו"מחשבת" את העומס המופעל על המתמר.
שלבי העבודה של מתמר עומס:
- הפעלת כוח: כאשר מופעל כוח על גוף המתמר, הגוף האלסטי שלו מתעוות בהתאם לעוצמת העומס. אם מדובר במתמר דחיסה, הכוח מופעל כלפי מטה; במתמר מתיחה, הכוח נמשך החוצה.
- עיוות בגוף המתמר: העומס גורם לגוף המתמר להתעוות במידה קטנה, אך מספקת כדי לשנות את צורתו הפיזית.
- שינוי בהתנגדות החשמלית: הגשרים החשמליים שמודבקים על גוף המתמר מגיבים לשינוי בצורת המתמר. חלק מהגשרים נמתחים, מה שגורם לעלייה בהתנגדות החשמלית שלהם, ואחרים נדחסים וגורמים לירידה בהתנגדות.
- המרה לאות חשמלי: השינוי בהתנגדות יוצר שינוי במתח החשמלי שיוצא מהמתמר. כאן נכנס לפעולה המגבר, שמעצים את השינוי הקטן הזה והופך אותו לאות מדיד.
- עיבוד האות: מערכת הבקרה או המכשיר המחובר למתמר מקבל את האות המוגבר, מפרש אותו על פי כיול קודם, ומציג את הערך המדויק של העומס שהופעל על המתמר.
דוגמה: מתמר עומס כיפוף
ניקח לדוגמה מתמר כיפוף, אחד מהסוגים הנפוצים במערכות שקילה. מתמר זה בנוי כך שכוח מופעל בנקודה אחת על גוף המתמר, וגורם לו להתכופף בעדינות. העיוות הזה גורם לשינוי בהתנגדות החשמלית של הגשרים המודבקים על גוף המתמר – כאשר הגשר העליון נמתח והגשר התחתון נדחס.
השינוי הזה בהתנגדות נמדד על ידי המערכת, מה שמאפשר לה לקבוע בצורה מדויקת את כמות העומס שהופעל על המתמר.
דיוק ואמינות
הדיוק של מתמר עומס נובע מהרגישות של הגשרים החשמליים לשינויים מינוריים בעיוותים של הגוף. מתמרים איכותיים מיוצרים מחומרים חזקים ועמידים שמסוגלים לחזור לצורתם המקורית לאחר כל הפעלת עומס, מה שמאפשר מדידות חוזרות מדויקות לאורך זמן. בנוסף, מערכות בקרה מתקדמות משפרות את הדיוק על ידי פיצוי על שינויים בסביבה, כגון טמפרטורה ולחות, שמשפיעים על ההתנגדות החשמלית.
פיצוי על גורמים סביבתיים
במקרים רבים, תנאי סביבה משתנים יכולים להשפיע על ההתנגדות החשמלית של הגשרים, ולכן המערכת כוללת גם מנגנוני פיצוי. לדוגמה, אם הטמפרטורה בסביבת העבודה משתנה, עשוי להתקיים שינוי בהתנגדות של הגשרים שאינו קשור לעומס שהופעל. מערכות פיצוי מיוחדות, כמו חיישני טמפרטורה, עוקבות אחר התנאים הסביבתיים ומבצעות התאמות חכמות למדידה, כך שהדיוק נשמר.
סיכום
מתמרי עומס הם חלק מהותי במערכות שקילה ומדידת עומסים מודרניות. הם פועלים על ידי המרת עיוות מכני לאות חשמלי שניתן למדוד ולעבד. הבחירה הנכונה של מתמר עומס לסוג היישום היא קריטית להבטחת מדידות מדויקות ואמינות לאורך זמן. באמצעות הבנת אופן פעולתם הבסיסי, ניתן להשתמש בהם בצורה נכונה ואפקטיבית בתעשייה, בחקלאות ובתחומים רבים נוספים.
