Метрология. Методические указания к выполнению лабораторных работ № 1, 2, 3 по курсу «Метрология, стандартизация и сертификация в строительстве» для с

Вопросы для НИР

1.Выявить зависимость изменения точности прибора от длины рычага L.

2.Предложить способ для определения угла закручивания прокатной балки двутаврового сечения.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2

ПРИБОРЫ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ДЕФОРМАЦИИ ПРИ СТАТИЧЕСКИХ ИСПЫТАНИЯХ

1. Цель работы

Изучить устройство тензометров и сдвигометров, познакомиться со способами их установки, получить навыки снятия отсчетов и вычисления

деформации.

2.Порядок выполнения работы

1.Ознакомиться с описанием лабораторной работы и изучить устройство и технические характеристики измерительных приборов, а также возможные варианты их установки при проведении испытаний.

2.Получить навыки снятия показаний с приборов и вычисления деформаций. В специальном журнале изобразить схемы приборов, привести их технические характеристики, указать достоинства и недостатки, ответить на предлагаемые вопросы, помещенные в конце описания лабораторной работы.

3.По указанию преподавателя выполнить необходимые исследования и сделать соответствующие выводы.

Приборы и оборудование

Тензометры Гугенбергера и Аистова, сдвигометр ТСА и струбцины к ним.

11

3. Описание лабораторной работы.

3.1 Тензометры.

Наибольшее распространение для измерения продольных и поперечных деформаций волокон при испытании конструкции получили приборы систем Гугенбергера и Аистова.

Механический тензометр Гугенбергера Принципиальная схема тензометра показана на рис. 9.

Прибор состоит из корпуса 1, опирающегося на поверхность исследуемого элемента неподвижной опорой 3 и подвижной -2, с которой наглухо соединен рычаг 4. К стойке 5 на шарнире подвешена стрелка 7, соединенная с рычагом 4 при помощи поводка 6.

Тензометр измеряет линейную деформацию волокна на участке между опорами, именуемом базой прибора. При деформации этого волокна на величину

∆L опора 2 повернется на некоторый угол в ту или иную сторону в зависимости от того, растянулось или сжалось волокно на участке L.

Рис. 9. Принципиальная схема тензометра Гугенберга

12

Вместе с ней повернется на тот же угол рычаг 4, и его верхний конец переместится на расстояние а:

,

где - длина рычага 4; - размер подвижной опоры 3.

На то же расстояние а переместится точка с на стрелке 7, а свободный конец ее пройдет расстояние и, которое больше величины а на отношение , где S –

длина стрелки, а r- расстояние от стрелки 7 до точки а.

Величины S, r, подобраны с таким расчетом, чтобы b = 1000∆l

следовательно, цена одного миллиметрового деления шкалы равна 0.001 мм.

Диапазон измерения - 0÷0,05 мм (от 0 до 50 мкм). Размер базы тензометров Гугенберга обычно равен 20 мм, но он может быть увеличен при помощи специальных удлинителей до 200 мм.

На поверхности исследуемого элемента тензометр укрепляется с помощью струбцин различных систем, одна из которых показана на рис.10.

Рис. 10. Схема установки тензометра Гугенберга:

1- тензометр; 2 – элемент конструкции; 3 – струбцина

13

рычагом 3. В верхней части станины прибора А расположен микрометрический винт 5, на который насажен диск 4 со шкалой, имеющей 100 делений. Конец микрометрического винта имеет форму конуса. Для взятия отсчетов по шкале диска рядом с последним на кронштейне помещен указатель 6. К частям станины А и ВС присоединяются провода электросигнализатора 7.

Установив тензометр на поверхности испытуемого элемента и прижав его к последнему посредством струбцинки, вывинчивают микрометрический винт вращением диска 5 до того положения, пока острие винта не коснется верхней части рычага 3, что определяется по электросигналу. В этот момент по шкале диска напротив черты указателя 6 берут начальный отсчет. Отсчет следует брать точно в момент появления сигнала, но не позже, т.к. вращая лимб дальше,

можно острием винта несколько отогнуть рычаг 3 в сторону и взять неверный отсчет.

После взятия отсчета вращают диск в обратную сторону, чтобы прекратить действие электросигнала и дать свободу перемещениям верхней части рычага 3.

После приложения нагрузки исследуемый элемент деформируется, что приведет к изменению длины базы прибора l на величину ∆l (см. рис. 11), при этом призма 2 с

рычагом 3 повернется в ту или иную сторону. Вращая диск снова, доводят острие винта 4 до соприкосновения с рычагом 3. По диску снимают новый отсчет .

Разность отсчетов ∆ = - пропорциональна деформации ∆l , то есть

∆l = m(- ),

где m – цена деления прибора, равная 0,001 мм.

В конструкции прибора предусмотрено изменение длины базы l в пределах от 20 до 50 мм, что достигается передвижением опорного ножа 1 вдоль станины ВС.

Увеличение длины базы до 100, 150, 200 мм производится специальными удлинителями. Ход микрометрического винта позволяет измерить деформации до

800 микрон без перестановки тензометра.

15

Прибор ТА-2 имеет более надежную конструкцию по сравнению с тензометром Гугенберга, что позволяет измерять деформации на открытом воздухе и в достаточно широких пределах (от 0 до 800 мкм).

Недостатком ТА-2 является необходимость вращения диска перед каждым взятием отсчетов. При отсутствии навыка это может внести погрешности в измерениях.

В общем случае величина деформации по показаниям тензометра определяется следующим образом

нагрузки;

m – цена деления шкалы прибора;

k – поправочный коэффициент, принимаемый по паспорту прибора.

Тогда напряжение определяется по формуле

= = E,

где l – база прибора;

Е – модуль упругости материала конструкции.

Вопросы для НИР

1.Предложить способы повышения точности измерения тензометров.

2.Как изменится цена деления тензометров при укорочении подвижной призмы в два раза?

3.С какой целью у тензометров предусмотрено увеличение базы?

3.2. Сдвигометры

Измерение деформации взаимного сдвига параллельных волокон производится сдвигометрами. Применяемые сдвигометры имеют в своей основе схемы, подобные схемам тензометров. Так, основная часть тензометра-

16

сдвигометра Аистова (ТСА) состоит из электромеханического тензометра ТА-2 с измененной нижней частью станины, в которой сделаны два утолщения с цилиндрическими отверстиями внутри них и снят опорный нож 1 (см. рис. 12, а). В отверстия вставляют и закрепляют круглые стержни 8 и 9.

На свободные концы стержней 8 и 9 надевается насадка 12 в виде планки с отверстиями, подобными отверстиям на станине (рис. 12, а, б). На одном конце насадки укреплена коническая опора 13, а противоположный конец насадки опирается на качающуюся подставку 10 в виде рамки (рис. 12, г). Рамка опирается на поверхность исследуемого элемента двумя ножами по линии АВ. Насадка 12 своей хвостовой частью входит в рамку и опирается канавкой 14 на криволинейное острие 15, центр кривизны которого лежит на оси АВ. Рамка 10 удерживается на насадке 10 винтом 16, который в период испытаний несколько вывинчивается

(рис. 4, в, г).

Рис. 12. Тензометр-сдвигометр ТСА

17

Прибор в целом опирается на поверхность исследуемого элемента в трех точках: а, b, c (рис. 12, д) и прижимается струбциной через одно из углублений на стержне 9. В точке а располагается ребро призмы 2, в точке b – коническая опора 11, укрепленная на насадке 10. В точке С находится опорная качающаяся подставка 10.

При деформации сдвига точка а переместится в точку а' или а'' на величину ∆, и тангенс угла сдвига будет равен

где - расстояние между волокнами I-I и II-II.

Точность измерения составляет 0,001 мм.

Расстояние можно изменять передвижением насадки 10 в пределах от 20

до 50 мм; следовательно, тангенс угла сдвига можно измерять с точностью от 0, 00005 до 0, 00002.

Диапазон измерения составляет, как и у ТА-2, 0.800 мм.

Вопросы для НИР

1. Предложить способы повышения точности измерения сдвига прибором

ТСА.

2.Отразится ли на точности прибора ТСА замена криволинейного острия 14 на прямолинейное?

3.Отразится ли на показаниях прибора жесткое закрепление подставки (рамки) 12 в период испытаний?

Контрольные вопросы к лабораторной работе

1.Пользуясь схемой прибора, объяснить принцип его работы.

2.Изобразить возможные способы установки прибора.

3.Как по показаниям прибора определить деформацию элемента конструк-

ции?

4.Назвать основные технические характеристики прибора.

5.Вычислить перемещение по показаниям прибора.

18

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3

ИЗУЧЕНИЕ ЭЛЕКТРОТЕНЗОМЕТРОВ

1. Цель работы.

Изучение конструкции тензорезисторов.

Изучение электрических схем регистрирующей аппаратуры.

Приобретение навыков работы с регистрирующими приборами.

Приборы и оборудование

Для выполнения лабораторной работы требуются:

-тензорезисторы разной конструкции;

-регистрирующие приборы.

2.Изучение тензорезисторов.

Наибольшее применение при испытании строительных конструкций получили преобразователи омического сопротивления. Их принцип действия основан на свойстве материалов тензорешетки изменять сопротивление при деформировании.

Проводниковые тензорезисторы можно разделить по конструкции на три типа: 1 – проволочные петлевые, 2 – проволочные непетлевые и 3 – фольговые

(рис.13).

Студент должен описать особенности конструкции каждого типа тензорезисторов с указанием материалов тензорешетки, основы и марки клеев,

дать определение тензочувствительности и ползучести, привести их основные характеристики (R, l, I, П, S и др.) и отметить достоинства и недостатки тензорезисторов.

В отчете следует отметить, что существуют еще тензорезисторы полупроводниковые с моно- и поликристаллической решетками.

19