Тензометрия

Тензометрия — отрасль знаний, занимающаяся изучением методов и технических средств измерения малых деформаций. Существуют механические, электрические и оптические методы тензоизмерений. В настоящей работе для измерения малых относительных линейных деформаций применяются тензорезисторы. Существуют различные типы тензорезисторов.

Конструктивно тензорезистор, примененный в настоящей лабораторной работе, (рис.2а) состоит из электроизоляционной основы 1, выполненной из бумаги, на которую наклеена спираль 2 из сплава с высоким удельным сопротивлением (константан, манганин, а для высокотемпературных тензорезисторов — нихром). К основе также приклеены плоские луженые выводы 3, к которым припаяны или приварены контактной сваркой концы спирали 2. Выводы 3 предназначены для подключения чувствительного элемента к измерительной цепи. Измерительная база тензорезистора (размер спирали 2 в направлении наибольшей чувствительности) составляет обычно 3…50 мм, а номинальное электрическое сопротивление 50…800 Ом.

Современные металлические фольговые тензорезисторы представляют собой слой фольги, осажденный на полимерную основу, из которого путем вытравливания получают спираль необходимой формы и размеров. В качестве подложки для высокотемпературных тензорезисторов (до 900°С) используется слюда.

Форма спирали тензорезистора определяет его чувствительность к деформации по различным направлениям. тензорезистор, представленный на рис.2а практически не чувствителен к поперечной деформации.

Для измерения деформации тензорезистор наклеивается на поверхность исследуемого образца и при испытаниях деформируется вместе с ним.

Сопротивление проволочной спирали тензорезистора можно найти по следующей формуле:

,

(1)

где r — удельное электрическое сопротивление материала тензочувствительной спирали; l — длина всей проволоки в спирали (не путать с базой тензорезистора); S — площадь поперечного сечения проволоки.

При удлинении образца удлиняется и проволочная спираль датчика, и пропорционально увеличивается её сопротивление. Однако при растяжении проволоки спирали (вспомните лабораторную работу «Испытание малоуглеродистой стали на растяжение») одновременно уменьшается её поперечное сечение, что вызывает ещё больший рост электрического сопротивления.

а)	б)
Рис.2. а) тензорезистор; б) мостовая схема его включения.

Основной характеристикой тензорезистора является коэффициент относительной тензочувствительности k, равный отношению относительного изменения сопротивления к относительной линейной деформации, вызвавшей это изменение:

,

(2)

Для металлических тензорезисторов этот коэффициент принимает значение в пределах от 1,8 до 2,1. Точное его значение определяется при тарировке и указывается в паспорте на каждую партию тензорезисторов.

Сопротивление тензорезистора, работающего в области упругих деформаций, изменяется на малую величину. Для регистрации малых изменений сопротивления тензорезисторов с приемлемой точностью их включают в мостовую измерительную схему (рис.2б). Мост состоит из четырёх последовательно соединенных по замкнутому контуру сопротивлений R ₁– R ₄. В одну диагональ моста включен источник питания, а в другую — измерительный прибор.

При условии R ₁ R ₃ = R ₂ R ₄ напряжение в измерительной диагонали моста равно нулю. Если R ₁ представляет собой тензорезистор, изменяющий свое сопротивление при деформации образца, то в измерительной диагонали моста появится напряжение, пропорциональное относительной линейной деформации в окрестности исследуемой точки образца.

Одной из причин погрешности измерения является зависимость удельного электрического сопротивления материала спирали тензорезистора от температуры. Для её устранения в качестве сопротивления R ₂ применяется такой же тензорезистор, как и R ₁. Оба тензорезистора должны находиться в одинаковых температурных условиях, но воздействию измеряемой деформации должен подвергаться только R ₁. Для этого компенсационный тензорезистор R ₂ наклеивается на недеформируемую часть детали или устанавливается рядом с рабочим тензорезистором R ₁ на отдельной пластинке. При изменении температуры сопротивление тензорезисторов R ₁ и R ₂ изменяется в одинаковое число раз, и условие балансировки моста не нарушается:

Источник питания и измерительный аналого-цифровой преобразователь, используемый в качестве измерительного прибора, находятся в одном из модулей LTC-212, входящих в состав крейтовой системы сбора данных. Управляющая ПЭВМ считывает информацию из крейта, и после преобразования отображает на экране монитора числовое значение относительной линейной деформации в точке установки тензорезистора.

Дата добавления: 2015-07-10