- •(Для студентов специальности 7.010104 “Профессиональное обучение. Промышленное, гражданское и сельскохозяйственное строительство”)
- •Оглавление
- •1. Исследовательская и изобретательская деятельность
- •1. 1. Понятие о научно-исследовательской работе.
- •2. Основы измерения физических величин
- •2.2. Основные понятия об измерениях физической величины Блок-схема процесса измерения
- •2.3. Прямые и косвенные методы измерения
- •2.4. Аналоговые и цифровые методы измерений
- •2.5. Непрерывные и дискретные методы измерения
- •2.6. Методы отклонения и компенсационный метод
- •2.7. Классификация средств измерений
- •2.8. Структура измерительных приборов
- •2.9. Метрологические характеристики средств измерения
- •3. Погрешности измерений и их причины
- •3.1. Представительность измеряемой величины
- •3.2. Погрешности, связанные с процессом измерения
- •3.3. Погрешности, связанные с обработкой измеренных величин
- •3.4. Погрешности измерительных устройств
- •4. Статические погрешности измерений
- •4.1. Виды погрешностей
- •4.2. Случайная погрешность отдельного измерения
- •4.3. Случайная погрешность среднего значения
- •4.4. Систематическая погрешность
- •4.5. Распространение погрешностей
- •5. Способы обработки результатов измерений с учетом статистических погрешностей
- •5.1. Проверка гипотезы нормальности распределения
- •5.2. Грубые погрешности измерения и их отсеивание
- •5.3. Различие средних значений
- •5.4. Линейная регрессия
- •5.5. Линейная корреляция
- •5.6. Автоматическая коррекция погрешности
- •6. Динамические погрешности измерений
- •6.1. Измерение как процесс передачи сигналов
- •6.2. Сигналы и их математическое описание
- •6.3. Временные характеристики детерминированных сигналов
- •6.4. Временные характеристики стохастических сигналов
- •6.5. Частотные характеристики периодического сигнала
- •6.6. Частотные характеристики апериодического сигнала
- •6.7. Частотные характеристики стохастического сигнала
- •6.8. Дискретные сигналы
- •6.9. Динамические погрешности измерения
- •7.2. Погрешности отображения (преобразования) физической величины
- •7.3. Способы и средства первичного преобразования физической величины
- •7.4. Виды первичных преобразователей
- •7.5. Эффекты и чувствительные элементы, используемые для первичного преобразования
- •7.6. Измерительные преобразователи с электронным цифровым выходным сигналом
- •8. Приборы выдачи информации
- •8.1. Аналоговые приборы выдачи информации
- •8.2. Приборы выдачи цифровой информации
- •8.3. Дискретно-аналоговые преобразователи
- •8.4. Печатающие устройства для результатов измерений
- •8.5. Электронно-лучевые визуальные приборы
- •9. Способы и средства измерения продольных деформаций, наклепа и остаточных напряжений
- •9.1. Электрические способы измерения деформаций
- •Индуктивные тензометры
- •9.2. Механические способы измерения деформаций
- •9.3. Визуальные методы оценки деформаций
- •Литература
9. Способы и средства измерения продольных деформаций, наклепа и остаточных напряжений
9.1. Электрические способы измерения деформаций
Под относительной деформацией e понимают отношение
где L0 – база ( расстояние между двумя точками на измеряемом недеформированном участке);
L – длина участка после деформации (приложения силы);
- при растяжении; - при сжатии.
Измеряют e для определения нагрузок (напряжений) в соответствии с законом Гука
.
Путем воздействия на упругий элемент можно измерять ряд физических величин:
- силу;
- давление;
- крутящий момент;
- перемещение;
- ускорение и т.д.
Измерение деформаций называют тензометрированием. На основе тензометрирования строят датчики различных величин и ряд соответствующих приборов.
Электрические способы измерения (электротензометрия).
Принцип измерения тензорезисторами основан на том, что закрепленный на деформируемой поверхности тензорезистор воспринимает деформации объекта и изменяет при этом свое электрическое сопротивление. Изменение сопротивления является мерой деформации; она может быть измерена подключенными к тензорезистору приборами. Тензорезистор – пассивный преобразователь, поэтому на него необходимо подавать питание (постоянное или переменное напряжение).
Чувствительный элемент представляет собой решетку из тонкого электрического проводника. Решетка зачеканена в тонкопленочную полимерную основу, изолирующую ее от объекта и передающую деформацию (рис.10.1).
Границы применения
1) Максимальная деформируемость, м/м (мм/мм) (±2-±4)10-2
2) Количество циклов нагружения при максимальной амплитуде переменной деформации:
5×10-4 мм/мм - ³109
1×10-3 мм/мм - ³107
3×10-3 мм/мм - ³105
3) Динамика от 0 до 50 кГц (ударные волны > 500 кГц)
4) Ускорение £160 м/с2
5) Температура от 4,0 до 1200 К
6) Давление окружающей среды – до 109 Па.
Погрешности
При анализе напряжений при t0С=0-400 от 1 до 5%
Погрешности измерительных преобразователей с тензорезисторами от 0,2 до 0,5%.
Принцип работы тензорезистора
Чувствительный элемент – это решетка из металлического сплава высокого сопротивления (константан). Если его растянуть (сжать) вдоль решетки, то его электрическое сопротивление изменится в соответствии с зависимостью
г де k – коэффициент пропорциональности характеризующий чувствительность тензорезистора. Величина k принимается постоянной. Длина решетки не оказывает влияния на чувствительность (кроме приборов, измеряющих абсолютные деформа-ции). На рис.10.1 (слева – фольговый, справа – проволочный тензорезистор) приняты следующие обозначения: 1 – решетка; 2 – выводы; 3, 4 – основа решетки и покрытие; 5 – разметка осей.
Критерии выбора
Предпочтительными являются фольговые тензорезисторы (толщина фольги от 3 до 5 мкм) для коротких решеток, а также при сложных формах решетки (розетки, цепочки). Проволочные (диаметр проволоки от 15 до 25 мкм) могут применяться при высоких температурах. База решетки 0,4 …150 мм.
Для большинства случаев нормой является решетка с базой около 6 мм. Для обнаружения концентрации напряжений используется решетка с базой 0,4…3 мм. База должна в 5…10 раз превышать размер.
Электрическое сопротивление 120, 350, 600 Ом. Тензорезисторы пригодны для измерения статических и переменных нагрузок. Непригодны для измерений нагрузок для изделий, изготовленных из резины .
Сплавы для решетки
Си-Ni – константан
Сr- Ni-Fe-Al
Cr-Ni – нихром
Pt-W