Seramik esaslı yay elemanına sahip elektriksel kuvvet dönüştürücüsü tasarımı, imalatı ve performansının değerlendirilmesi

Abstract

SERAMİK ESASLI YAY ELEMANINA SAHİP ELEKTRİKSEL KUVVET DÖNÜŞTÜRÜCÜSÜ TASARIMI, İMALATI VE PERFORMANSININ DEĞERLENDİRİLMESİ Hakan Özgür ÖZBAY Anahtar Kelimeler : Kuvvet Dönüştürücüsü, Kuvvet Transdüseri, Yük Hücresi, Seramik Transdüser, Seramik Dönüştürücü, Gerinim Ölçer Özet : Bu çalışmada seramik yay elemanına sahip gerinim ölçerli basma tipi kuvvet dönüştürücüsünün tasarımı ve imalatı yapılmış, ardından da performans testleri tamamlanmıştır. Tasarım aşamasında, konvansiyonel bir yay elemanı için performans kriterleri gözden geçirilmiş ve bu özel uygulama alanı için olası seramik malzeme alternatifleri araştırılmıştır. Seramik malzemelerin sahip oldukları özellikleri değerlendirebilmek için, potansiyel üretici konumundaki firmaların verdiği bilgiler esas alınmış ve fiziksel özelliklerle ilgili olarak ifade edilen değerler literatürden elde edilen değerler ile karşılaştırılmıştır. Gerek yay elemanının gerekse dönüştürücünün çelik gövdesinin boyutlandırılmasında analitik yaklaşımlar ve Sonlu Eleman Analizi (FEM) yöntemi uygulanmıştır. Numune kuvvet dönüştürücülerinin tasarımı ve imalatı aşamalarında 13 ayrı kimyasal kompozisyona sahip seramik yay elemanı üzerinde çalışılmıştır. Sinterlenmiş silisyum nitrür (SSN) henüz kuvvet dönüştürücüsü yay elemanı malzemesi literatürüne girmemiş olduğundan, performans testleri için bu malzemeden imal edilmiş numuneler seçilmiştir. Farklı gerinim ölçer tiplerinin yapıştırıldığı SSN numuneler 110 kN kapasiteli ölü ağırlıklı kuvvet standardı makinasında TS 9506/EN 10002-3 standardına uygun olarak test edilmişlerdir. Test sonuçlan üzerinden tekrarlanabilirlik, enterpolasyon, sıfır, tersinebilirlik ve sürünme davranımları açısından hata analizleri yapılmıştır. Elde edilen değerler, metalik yay elemanına sahip konvansiyonel tipte yüksek hassasiyetli kuvvet dönüştürücülerinden elde edilen değerler ile karşılaştırılmıştır. Bu çalışma neticesinde üretilen kuvvet dönüştürücüsü TS 9506/EN 10002-3 standardına göre `Sınıf 00` olarak sınıflandırılmıştır.

DESIGN, MANUFACTURE AND PERFORMANCE EVALUATION OF A STRAIN GAUGE BASED FORCE TRANSDUCER WITH CERAMIC SPRING ELEMENT Hakan Özgür ÖZBAY Key Words: Force Transducer, Ceramic Transducer, Load Cell, Strain Gage, Ceramic Spring Element Abstract: In this study, a strain gauge based compression type force transducer with ceramic spring element is designed, manufactured and tested. During design stage, performance criteria of a conventional spring element was reviewed and alternatives of ceramic material were investigated for that special field of application. In order to be able to evaluate properties of ceramic materials, the data given by potential manufacturers was taken into consideration and the physical properties declared were compared with the values obtained in the literature. While dimensionalising both the spring element and the steel body of the transducer, analytical approach as well as FEM technique was applied. Through designing and manufacturing of sample force transducers, ceramic spring elements with 13 different chemical compositions were studied. Since Sintered Silicon Nitride (SSN) is not placed yet in literature as a alternative spring element material for force transducers, samples made of that material were chosen for the performance evaluation. Transducers with SSN spring elements having different types of strain gages bonded were tested in 100 kN dead weight force standard machine according to TS 9506 / EN 10002-3. Error analysis of repeatability, interpolation, zero recovery, hysteresis and creep were made. The results obtained were compared with the results of high accuracy conventional force transducers having metallic spring elements. The force transducer obtained as a result of this study was classified as `Class 00` according to TS 9506 / EN 10002-3. 111