Електротензометрування.

Найбільш універсальним тензометром є електричний, що складається з тензодатчиків (тензорезисторів) і апаратури, що перетворює ефект дії тензорезисторів і реєструє показання.

Элекротензометри можуть застосовуватися не тільки для виміру деформацій, але й у різних електромеханічних перетворювачах, призначених для виміру зусиль, переміщень, інших величин. Тензоперетворювачі застосовуються для виміру лінійних, кутових і зрушувальних переміщень. Усе це робить електротензометрування всеосяжним способом виміру при випробуваннях конструкцій. Цьому способу належить майбутнє, тому що він дозволяє цілком автоматизувати процес випробовування й обробку результатів за допомогою ЕОМ.

Основи роботи тензорезисторів.

Принцип роботи тензорезистору засновано на зміні омічного опору провідника при його деформуванні. Ця властивість називається тензочутливістю. Найпростішим тензорезистором може служити лінійний провідник, закріплений по всій довжині на досліджуваній поверхні конструкції (рис.3.20, а). Омічний опір провідника R пропорційний його довжині l і питомому опору матеріалу ρ і оборотньо пропорційно площі поперечного перерізу А:

Тензорезистор, жорстко закріплений на поверхні конструкції, сприймає її деформації. При розтягу опір тензорезистора збільшується, а при стиску зменшується. Найважливішою характеристикою тензорезистора є так званий коефіцієнт тензочутливості k, що представляє собою відношення відносної зміни опору провідника до його відносної деформації:

Як видно з формули (3.5), вимір деформації зводиться до виміру величини зміни опору провідника Δ R, так, як опір R кожного тензорезистора відомо, а коефіцієнт тензочутливості k визначають для кожної партії тензорезисторів за допомогою спеціального градуювання

.Типи тензорезисторів.

Одиночний лінійний провідник може застосовуватися як тензорезистор лише в особливих випадках, тому що його омічний опір невеликий і для того, щоб виміряти збільшення опору Δ R при його деформації потрібна дуже чуттєва апаратура.

Для того щоб збільшити опір R, не збільшуючи базу тензорезистора, провідник виготовляють у виді декількох близько розташованих петель константанового дроту 3, що називається тензорешіткою, приклеєних до плівкової чи паперової основи 2 (рис.3.20, б). Тензопроволока має дуже невеликий перетин (діаметр 12...30 мкм), у результаті чого, по-перше, підвищується опір тензорезистора, і, по-друге, твердість клея, яким він приклеюється, виявляється значно вище твердості тензодроту. Для зручності монтажу до кінців тензодроту припаюються стромоковідводи 5 з мідного дроту діаметром 0,1...0,2 мм.

Прямолінійна ділянка тензодроту називається базою тензорезистора l. Дротові петлеві тензорезистори випускаються з базою від 5 до 100 мм і опором від 50 до 400 Ом.

Петельні тензорезистори мають конструктивний недолік - це поперечна тензочутливість, яка обумовлена тим, що дріт у петлях орієнтований під різними кутами до осі тензорезистора. Це приводить до зниження його осьовий тензочутливості. Вплив поперечної тензочутливості росте зі збільшенням числа петель і зменшенням бази тензорезистора.

Цей недолік відсутній у фольгових тензорезисторах (рис.3.20, в). Вони виготовляються фотографічним способом (витравлюванням зайвого металу) і тому їм легко можна додати будь-яку форму. Розширення фольги в зоні петель обумовлює низьку поперечну тензочутливість і дає змогу застосування малобазних (до 0,4 мм) тензорезисторів. Плоский перетин фольгової тензонитки забезпечує краще її зчеплення з клейовим швом. Для звичайних тензорезистров застосовується константанова фольга, для високотемпературних - ніхромова.

Технологія наклійки тензорезисторів на конструкцію.

Місця наклейки зачищають до повного видалення бруду, окалини, іржі. Металеві поверхні рекомендується зачищати круговими рухами наждаковим папером середніх номерів. Раковини і тріщини на поверхні бетону зашпаровують безводним цементом. Безпосередньо перед наклейкою зачищена поверхня знежирюється ацетоном, спиртом чи толуолом. Місця наклейки ґрунтують для підвищення адгезії клейової плівки до поверхні. На основу тензорезистора і на підготовлену поверхню конструкції наноситься тонкий шар клею, що просушується протягом 10..15 хв. Потім основа покривається більш товстим шаром клею і тензорезистор укладають на необхідне місце, можливо точніше орієнтуючи щодо рисок розмітки. Установлений тензорезистор прикривають целофановою плівкою і натисканням пальця видаляють з-під нього надлишок клею. До повного висихання клею тензорезистор витримується під тиском 2...5 кг/см².

Принципові схеми тензометричних вимірювальних ланцюгів.

Опір тензорезисторів при деформації 5∙ 10^-6...1∙ 10^-5 складає тисячні частки Ома. Настільки малі опори можна виміряти з достатньою точністю лише за допомогою спеціальних електричних ланцюгів мостового чи потенциометричного типу. У приладах найчастіше використовують міст Уітстона.

Міст Уітстона (рис.3.21, а) являє собою чотири опори R, R, R₁, R₂, з'єднані у вигляді замкнутого електричного ланцюга. До однієї діагоналі моста ВД підключене джерело живлення, до іншої діагоналі АС підключений індикатор струму, наприклад, міліамперметр. Міст вважається збалансованим, якщо струм у діагоналі АС відсутній. Ця умова виконується при R₁R = R₂R.

Введемо в мостову схему реохорд R_b і замінимо опори R₁ і R₂ тензорезисторами (рис.3.21,б). Тензорезистор R_а наклеюється на досліджуваний елемент і називається активним. Тензорезистор R_к наклеюється на неробочий елемент, виконаний з того ж матеріалу, що і випробовувана конструкція, у якому не виникає деформацій від навантаження. Цей тензорезистор називається компенсаційним. Він призначений виключати вплив температурних деформацій. Тому неробочий елемент із компенсаційним тензорезистором міститься поруч з випробовуваною конструкцією в однакових з нею температурних умовах. Така схема покладена в основу пристрою апаратури, що реєструє.

Вимір деформацій здійснюється так званим методом нульових вимірів. Перед завантаженням конструкції за допомогою реохорда R_b балансують міст і беруть перший відлік по шкалі індикатора, включеного у вимірювальну діагональ моста. Після завантаження конструкції елемент деформується, і міняється опір наклеєного на нього тензорезистора. Баланс моста порушується. Зміною положення движка реохорда міст знову балансується і береться другий відлік. По різниці відліків визначається величина відносної деформації елемента ε.

Апаратура для виміру.

Найбільш широке застосування в даний час мають автоматичні вимірники деформацій і цифрові тензометричні мости й установки.

У комплект вимірювального приладу входять компенсаційні тензорезистори і комутатор, за допомогою якого по черзі підключають на вхід приладу активні тензорезистори, розташовані в різних місцях випробовуваної конструкції. Найбільш ефективна групова схема включення, показана на рис 3.22, коли на один компенсаційний тензорезистор приходиться до вісімнадцяти активних тензорезисторів.

Для виміру статичних деформацій у конструкціях використовують прилади, розраховані на підключення пристроїв для запису (перфоратори, друкувальні пристрої, магнітні реєстратори) чи ЕОМ. До таких приладів відносяться цифровий тензометричний міст ЦТМ-5 (з електромеханічним перемикачем на 100 крапок, швидкодія - 1 вимір за секунду, ціна одиниці молодшого розряду 1*10^-5) і автоматичний міст з імпульсним живленням ДО-732 (швидкодія 100 вимірів за секунду, ціна одиниці молодшого розряду 2,5∙ 10^-5, пряме підключення до ЕОМ).