33. Тензорезисторные тензометры сопротивления.
Известны несколько видов тензометров: омического сопротивления, емкостные, индуктивные, пьезоэлектрические, ферромагнитные и др. Применение ряда тензометров требует очень сложной аппаратуры и электрических измерительных цепей. Наиболее широко используются тензометры омического сопротивления, называемые тензорезисторами.
Рис. 1.6. Типы тензорезисторов:
а — проволочный; б — фольговый; в — ж — типы проволочных тензорезисторов (в — петлевые; г, д — беспетлевые; е, ж — розетки); и — л — типы фольговых тензорезисторов; 1 — подложка; 2 — основа; 3 — решетка; 4 — выводы
Распространенные в практике фольговые и проволочные тензс^езисторы представляют собой зигзагообразную решетку из фольги толщиной 0,005—0,01 мм или из тонкой проволоки диаметром 0,02—0,05 мм (рис. Ь6). Фольговая решетка изготовляется вытравлением лишних частей фольги. Проволочная решетка наклеивается специальным клеем на полоску тонкой бумаги, называемую основой. К концу рететки припаиваются выводы, изготовленные из медной про- иолоки диаметром 0,15—0,3 мм или из фольги. Выводы прочно закрепляются на основе, чтобы при натяжении сочинительных проводов, припаиваемых к выводам тензоре- шстора и идущих к регистрирующему прибору, решетка не работала на дополнительные усилия. С целью предохранения от возможных механических воздействий при наклейке тензорезисторов на решетку сверху наклеивается гонкая бумага.
Тензорезисторы наклеивают специальными клеями (индивидуальными для каждого типа тензорезисторов) на подготовленную поверхность конструкции. При нагружении конструкции тензорезистор деформируется совместно с поверхностным слоем конструкции (для обеспечения совместной деформируемости наклейка должна производиться с соблюдением ряда правил). При деформации тензорезистора изменяются длина и площадь поперечного сечения проволоки (фольги) и ее омическое сопротивление (в пределах тысячной доли Ома), что дает возможность замерять изменение сопротивления приборами, построенными по мостовой измерительной схеме.
Все тензорезисторы чувствительны к изменению температуры. С целью устранения влияния температуры на показания тензорезисторов в мостовую измерительную схему вводят компенсационные тензорезисторы. Эти тензорезисторы находятся в совершенно идентичных условиях по ср&внению с активными тензорезисторами, наклеенными па нагружаемую конструкцию, но не подвергаются силовым воздействиям.
Недостатком проволочных тензорезисторов является их поперечная тензочувствительность, так как небольшие участки проволоки в местах перегибов решетки расположены в поперечном направлении по отношению к направлению замеряемых деформаций. Определенную погрешность в результаты вносит и слой дополнительного клея между решеткой и основой. Фольговые тензорезисторы не имеют этих недостатков, так как поперечные участки фольги сильно утолщены.
Наиболее высокочувствительными тензорезисторами (но вместе с тем и наиболее дорогими) являются полупроводниковые тензорезисторы, представляющие собой тонкую пластинку полупроводника с присоединенными к ней выводами. Эти тензорезисторы исключительно чувствительны к изменениям температуры, требуют очень осторожного обращения вследствие хрупкости пластинки полупроводника.
Основной характеристикой тензорезистора является его тензочувствительность, устанавливающая связь между относительным изменением сопротивления и деформацией в направлении измерения. Коэффициент тензочувствительности тензорезистора c относительным изменением сопротивления и деформацией в направлении измерения. Коэффициент тензочувствительности тензорезистора.
На погрешность показаний тензорезисторов оказывают влияние многочисленные факторы: тщательность подготовки поверхности элемента конструкции (особенно бетонной), размер базы измерения, соблюдение правил наклейки, гидроизоляция тензорезисторов, коммутация, проверка сопротивления между решеткой и конструкцией.
Поверхность для наклейки тензорезисторов готовится следующим образом: металлическую поверхность очищают от краски и продуктов коррозии при помощи напильника, затем наждачной бумагой доводят участок наклейки до гладкой блестящей поверхности. Бетонную поверхность очищают от пыли и грязи, заполняют все раковины гипсом, после высыхания затвердевшего гипса участок наклейки снова зачищают шлифовальной шкуркой до получения гладкой поверхности, обезжиривают ватным тампоном, смоченным в ацетоне или толуоле, промывают спиртом. Затем поверхность покрывают тонким слоем клея, который хорошо высушивают.
Рекомендации по наклейке тензорезисторов зависят от типа тензорезистора, вида основы, вида клея, возможности создания усилия, прижимающего тензорезистор к конструкции в период приклеивания, возможности горячего отверждения клея (что уменьшает его ползучесть). Наилучшая толщина клеевого шва — до 0,2 мм, при этом деформации поверхностного слоя конструкции и тензорезистора равны.
Качество проклейки всей поверхности тензорезистора оказывает большое влияние на погрешность измерений. При наличии непроклеенных мест (что бывает, если после приклейки тензорезистор не прижат к поверхности конструкции) деформация решетки тензорезистора отличается от деформации поверхностного слоя элемента конструкции, и возникают дополнительные погрешности.
Большое значение имеет гидроизоляция тензорезисторов, особенно при испытаниях натурных конструкций, проводимых без укрытия этих конструкций. Хорошие результаты дает изоляция чистым вазелином, воском (они наносятся внутрь рамки из водостойкого материала, наклеенной вокруг тензорезистора), карбинольно-цементной пастой (паста является также хорошей защитой от механических повреждений). При наклейке тензорезисторов на арматуру, расположенную в бетоне, до бетонирования наилучшие результаты дает изоляция тензорезисторов полиэтиленовой рубашкой, выполняемой путем заливки расплавленного полиэтилена в разъемную форму.
Правильная установка тензорезисторов заключается в использовании проводов примерно одной длины, объединении их в равномерно расположенные на конструкции группы, закрепленные от возможных подвижек при помощи временных закреплений (например, пластилиновых шайб), использовании многожильных экранированных проводов, недопущении взаимных перемещений проводов и кабелей во1 .время испытаний во избежание различных наводок.