3. Тензометр Гугенбергера

Пример снятия отсчётов по тензометру Гугенбергера:

При испытании фермы использован тензометр Гугенбергера с базой , который до загружения дал отсчёт 12, а после загружения 38.

Решение:

Перемещение фибрового волокна:

Относительная деформация:

Напряжения:

Нагрузка:

5. Общий вид и схема тензометра: а) – схема установки прибора; б) – кинематическая схема. 1 – испытываемый элемент; 2,3 – подвижная и неподвижная ножки; 4 – ось вращения ножки 2; 5 – передаточный стержень; 6 – стрелка; 7 – ось вращения стрелки; 8 – шкала; 9 – винт перемещения стрелки (при ∆С>50 мкм); l – база тензометра (l=20 мм)

Цена деления прибора равна 0,001 мм. Тензометр оснащается удлинителем, позволяющим увеличить базу измерения до 250 мм.

2. Приборы для измерения деформаций

   1. Тензорезисторы

Тензорезисторы – измерительные преобразователи, имеют чувствительный элемент в виде проводникового или полупроводникового резистора, приклеенного на основе из какого-либо неметаллического материала (бумага, пленка).

Использование тензорезисторов подобного рода для тензометра обусловлено тензоэффектом, т.е. свойством проводниковых или полупроводниковых материалов изменять электрическое сопротивление при деформировании.

Величина тензоэффекта проводниковых материалов определяется преимущественно изменением геометрических размеров резистора, а полупроводниковых — удельного сопротивления.

Тензоэффект характеризуется выходным сигналом в виде относительного изменения сопротивления резистора . Относительное изменение выходного сигнала к вызвавшей по относительной деформации при фиксированных значениях параметров тока, температуры, влажности и т.д. называется коэффициентом тензочувствительности резистора.

Величины приводятся в паспортных данных на тензорезисторы.

6. Коэффициент тензочувствительности резистора

При упругой работе конструкции величина напряжений определяется по выражению:

2.1.1 Проволочные одноэлементные тензорезисторы (рисунок 1.7) имеют тензонить — проволоку диаметром 12…30 мм из константана (эдванса) сплава Cu-Ni-Mn или нихрома (тофета) сплава Ni-Cr.

7. Проволочные тензорезисторы: а) – петлевые; б) – безпетлевые 1 – тензонить; 2 – подложка; 3 – низкоомные перемычки; 4 – выводные контакты; lТ – база тензорезистора

Петлевые и беспетлевые тензорезисторы промышленного производства выпускаются с номинальным сопротивлением R=60…400 Ом, базой измерения 5…100 мм, коэффициенты тензочувствительности 1,9…2,3.

Для метрологии петлевых тензорезисторов большое значение имеют радиус закругления петель или расстояние между петлями решетки. При оптимальном расстоянии, равном 10 диаметрам тензопроволоки, сохраняются необходимые условия для рассеяния тепла от нагрева тензорезистора питающим током и заметно не проявляется влияние поперечной чувствительности.

Преимущество безпетлевых тензорезисторов перед петлевыми — отсутствие поперечной тензочувствительности, обусловленной поперечными деформациями элементов конструкций.

2.1.2 Фольговые тензорезисторы изготавливаются фотолитографическим способом из тонкой константановой фольги . Предварительно нанесенная на фольгу клеевая пленка служит подложкой тензорезистора. В зависимости от формы тензорешеток они бывают:

• одноэлементные прямоугольные для линейных измерений;

• 2-х или 3-х элементные прямоугольные или розеточные для измерений на участках с плоским напряженным состоянием;

• специальные, используемые в качестве тензопреобразователей в мембранных чувствительных элементах;

• в виде цепочек малобазовых одно- или двухэлементных тензорешеток на общей основе для измерения деформаций в зонах концентраций напряжений.

8. Фольговые тензорезисторы: а) – одноэлементный прямоугольный тензорезистор; б, в) – двух- и трехэлементные розеточные тензорезисторы С; г) – специальные; д) – в виде цепочки малобазных тензорешеток; 1 – тензорешетка;2 – подложка из клеевой пленки

Их база измерений 0,3…30 мм, номинальное сопротивление 50…400 Ом, коэффициент тензочувствительности 2…2,3. Фольговые тензорезисторы малочувствительны к поперечным деформациям, имеют эффект отвода тепла, что повышает в 3…4 раза, по сравнению с проволочными, плотность питающего тока и получить больший выходной сигнал.

Определение деформации тензорезисторами можно проводить при действии как статических, так и динамических нагрузок. Можно использовать как постоянный, так и переменный ток.

2.1.3 Полупроводниковые тензорезисторы разделяются на следующие типовые модификации в зависимости от материала чувствительного элемента:

• монокристаллические кремниевые, вырезанные из массивных монокристаллов в направлениях кристаллизации;

• германиевые, изготавливаемые из тонких дендритных лент и нитей, выращенных из переохлажденных растворов или газовых фаз;

• поликристаллические, получаемые методом горячего напыления технического висмута в вакууме.

Кремниевые тензорезисторы имеют базу измерений 1,4…6,4 мм, номинальное сопротивление 90…160 Ом. Германиевые имеют базу измерений 5…10 мм, номинальное сопротивление 50…500 Ом. Подложка поликристаллических транзисторов пленочная, а монокристаллические могут использоваться и без подложки.

Преимущество тензорезисторов над механическими тензометрами заключается в возможности контроля деформаций конструкций стадии, близкой к разрушению, а также внутри конструкции. Тензорезисторы крепятся к элементам конструкций фенолформальдегидныи (БФ-2; БФ-4; БФ-6) или кремнийнитроглифталевыми клеями.

На рисунке 2.1 изображена принципиальная схема работы тензостанции с использованием моста Уитстона. При воздействии нагрузки конструкция деформируются, изменяется величина, балансировка моста нарушается. Появляется разность потенциалов в цепи по диагонали AB. Вручную или автоматически реохордом электрический ток, регистрируемый гальванометром, понижается до нуля. Мост балансируется и по шкале тензостанции берется отсчет. Разность отсчетов по тензостанциям с автоматической балансировкой моста Уитстона дает величину , умноженную на цену деления тензостанции. Тарировка тензорезисторов не производится, если при испытаниях применяется тензостации типа АИД и УТМ с автоматической балансировкой моста Уитстона, т.к. разность отсчетов по тензостанциям дает значения относительной деформации с точностью, равной цене деления шкалы тензостанции.

1. Принципиальная электрическая схема измерительного моста Уитстона ИК – испытываемая конструкция; R_a – тензорезисторы активные; R_к – тензорезисторы компенсационные (компенсирующие влияние колебаний температуры окружающей среды и тд); R1, R2 – внутренние сопротивления тензостанции; R – реохорд; Г – гальванометр; И.П. – источник питания

Вывод: во время лабораторной работы мы ознакомились с принципом действия, устройством, а также с правилами установки приборов для измерения перемещений и деформаций на конструкциях и ее элементах.