Venymäliuskat purjeen venymän mittauksessa

Kytkentä kaavio

Mittauspiirin osat

Venymäliuska

Venymäliuskalla on oma ominaisresistanssi, joka kasvaa liuskaa venytettäessä. Liimaamalla venymäliuskan purjekankaaseen - sopivalla liimalla - venymäliuska venyy purjekankaan mukana, jolloin purjeen venymä voidaan saada selville venymäliuskan resistanssin perusteella. Tässä kytkennässä käytettyjen venymäliuskan ominaisresistanssi on 120 ohmia.

Silta-piiri

Koska tässä kytkennässä käytetään vain yhtä venymäliuskaa, täytyi kiinteistä vastuksista ja potentiometristä rakentaa piiri (jota siis tässä kutsutaan silta-piiriksi), joka venymäliuskan kanssa muodostaa ns. neljännessillan (quarter bridge). Neljännessillassa on neljä vastusta ja neljä kytkentäpistettä; kahteen pisteeseen syötetään jännite ja kahdesta muusta luetaan jännite. Venymäliuska kytketään siis kuvan silta-piirin pisteiden B ja D välille jolloin ne muodostavat neljännessillan.

Kytkettäessä jännite silta-piirin pisteisiin A ja B, pisteiden C ja D välille syntyy jännite jos neljännessilta ei ole tasapainossa. Neljännessilta on tasapainossa kun vastuksien R1 ja R2 resistanssien välinen suhde on sama kuin vastuksen R3 ja venymäliuskan resistanssien välinen suhde. Koska sekä vastus R1 että R2 ovat arvoltaan noin 270 ohmia, pitäisi vastus R3 säätää samaan arvoon kuin venymäliuska jotta neljännessilta olisi tasapainossa.

Kun neljännessilta säädetään tasapainoon (siis vastusta R3 muuttamalla), havaitaan pisteiden C ja D välillä jännite venymäliuskaa venyttämällä, koska venytettäessä venymäliuskan resistanssi muuttuu jolloin neljännessilta ei ole enää tasapainossa. Tätä jännitettä lukemalla voidaan mitata venymäliuskan venymistä.

Adam 3016 (Strain Gauge Input Module)

Venymäliuskan resistanssi vaihtelee vain muutamia ohmeja ja A;lle ja B;lle syötettävän jännitteen ollessa vain muutamia voltteja, pisteiden C ja D välinen jännite on vain muutamia millivoltteja; tätä jännitettä täytyy vahvistaa parempaa luettavuutta varten. Tätä varten käytetään Adam 3016 laitetta (jota tästä edespäin kutsutaan vahvistimeksi).

Neljännessilta kytketään vahvistimeen; A ja B kytketään kohtiin EXCI+ ja EXCI- (virran kulkusuunalla ei käytännössä väliä), jotka syöttävät neljännessillalle jännitteen. Neljännessillalle syötettävää jännitettä voidaan säätää ruuvista EXCI; aluksi neljännessillalle syötettävä jännite oli 10 volttia, mutta se sai venymäliuskan ylikuumenemaan, joten tämä jännite laskettiin 3,3 volttiin. Pisteet C ja D kytketään kohtiin IN+ ja IN- (tässäkään virran kulkusuunnalla ei ole väliä).

Vahvistimen itsensä käyttöjännite on 24 volttia, joka kytketään kohtiin +24V ja GND. Vahvistimesta ulostuleva jännite luetaan kohdista OUT+ ja OUT-. Ulostulevaa jännitettä voi skaalata kytkimistä SW1 ja SW2; SW1 säätää ulostulevaa jännitettä ja SW2 sisääntuolevan jänitteen (siis se mikä neljännessillasta luetaan) luku aluetta.

Jännitteen rajoitin

Jännitteen rajoitinta voidaan käyttää jos vahvistimelta tulevaa jännitettä luetaan mikrokontrollerilla (tai muulla vastaavalla laitteella) jonka sisääntulo pinneihin ei saa syöttää liian suurta jännitettä. Näin voi käydä jos neljännessilta antaa vahvistimelle suuremman jännitteen kuin kytkimelle SW2 valittu alue.

Rajoitin perustuu zener diodiin joka aukeaa jännitteen kasvaessa tiettyyn pisteeseen asti jolloin zeneri alkaa päästää virtaa lävitseen estäen mikrokontrollerille syötettävää jännitettä kasvamasta vaarallisen suureksi. Nykyiseen rajoittimeen valituilla komponenteilla jännitteen kasvu pysähtyy johonkin 4 ja 5 voltin välille; vastuksia (tai zeneriä itseään) vaihtamalla voidaan jännite rajoittaa eri arvoihin.