ЭОТб-11-2 / 3.1. Тензометрический метод / 3.1. Фомин

Слайд №2

Тензометрия - способ экспериментального определения напряжений в наружных слоях деталей, агрегатов, машин с помощью тензодатчиков и регистрирующей аппаратуры.

Слайд №3

Область применения – практически все области науки и техники. •Цели применения – определение напряженного состояния в различных узлах и деталях машин и разработка рекомендаций по их конструкциям. •Причины применения – трудность (невозможность) определения НДС (напряженно-деформированных состояний) деталей и узлов расчетным путем. Тензометрические методы измерения перемещений, ускорений, сил, моментов, давлений и вибраций

Слайд №4

По принципу действия тензометры делятся на механические, оптические, пневматические, струнные (акустические) и электрические

Слайд №5

Механические тензометры (МТ). Действие основано на масштабном (без изменения физической природы измеряемой величины) преобразования деформаций базы (недеформированное расстояние между двумя точками, в которых чувствительный элемент тензометра имеет механическую связь с объектом исследования) с помощью механической передачи до величины, удобной для восприятия наблюдателем. В МТ используют рычажные передачи с увеличением 100…200 раз, комбинированные рычажно-шестеренные передачи, например в индикаторах часового типа. МТ используют как средства предварительной оценки деформаций на объектах исследования. Установка не требует специальной подготовки поверхности объекта исследований.

Слайд №6

Схема механического тензометра рычажного типа.

Механический тензометр  (рис. 1) закрепляется на поверхности образца 1, опираясь на нее двумя призмами 2 и 3. Призма 2 является подвижной и расположена на расстоянии L от неподвижный призмы 3. Расстояние L является базовым. Рычажная система 4 вместе с подвижной призмой 2 воспринимает изменение размера образца при действии деформирующих сил. Она выполняет роль преобразователя незначительного изменения размера L в существенное перемещение указателя 5 по шкале 6. Коэффициент усиления определяется соотношением длин плеч рычажной системы и обычно лежит в пределах от 1000 до 12000

Слайд №7

Резистивный тензометр

Резистивные тензометры представляют популярную группу универсальных приборов для контроля растяжения или сжатия контролируемого изделия. В качестве чувствительного элемента в тензометрах этого типа используются тензорезисторы. Принцип действия тензорезистора базируется на изменении электрического сопротивления при деформации его вместе с изделием. Он представляет собой отрезок тонкой проволоки, уложенный змейкой на изоляционной основе. Для увеличения чувствительности в тензометрах используют по несколько тензорезисторов, включаемых по мостовой схеме.

Слайд №8

Как и в механическом тензометре, во всех электрических тензометрах измеряется изменение базового расстояния. Тензодатчики встраиваются  в конструкцию элементов тензометра воспринимающих воздействие деформирующих сил.  Одна из конструкций тензометра, широко применяемая в строительстве и горном деле при заливке бетона, приведена на рисунке.

Тензометр в исходном состоянии (а) и при действии растягивающих усилий (б).

Конструктивно тензометр состоит из мостовой схемы с тензорезисторами в ее плечах. Элементы схемы расположены внутри полого стержня 1 с базой равной расстоянию между силовоспринимающими фланцами 2 и 3 (рис. 2а) Внешние растягивающие силы внутри бетонной конструкции, воздействуя на фланцы, удлиняют стержень. Удлинение равно расстоянию перемещения фланца из положения 2 в положение 4 (рис. 2б). При этом изменяется сопротивление плеч моста и информация по кабелю 5 передается на средства обработки данных.

Слайд №9

Струнные тензометры

Чувствительным элементом струнного тензометра служит отрезок стальной проволоки, закрепленной внутри трубки к ограничивающим  торцы крепежными блоками. Принцип работы тензометра заключается в наличии зависимости частоты колебаний проволоки (струны) от ее натяжения.

Устанавливается датчик на поверхности контролируемого изделия путем приварки шаблона, с помощью болтовых соединений или клея. Датчик является изделием многоразового использования. Съем информации с помощью кабеля.

Слайд №10

Емкостные тензометры

В емкостных тензометрах роль чувствительного элемента выполняет конденсатор переменной емкости. Принцип работы этого вида тензометров основан на зависимости емкости конденсатора от величины зазора между его пластинами.

На рис.3 представлен один из возможных вариантов емкостного тензометра.

Рис. 3. Схема устройства емкостного тензометра.

Тензометр крепится на объекте контроля 1 посредством точечной сварки 2. Измерительный конденсатор 3 закреплен на ветвях силоизмерительной рамки 4, воспринимающей растяжение или сжатие объекта. Таким образом величина зазора однозначно связана с величиной деформирующей силы. Следует отметить, что эта зависимость носит нелинейный характер.

Слайд №11

Индуктивные тензометры

В настоящее время выпускаются индуктивные тензометры двух видов. Первый – это тензометры с опорными призмами и регулируемой базой. Второй – с ножевыми опорами для работы с изделиями стержневого вида. В обеих чувствительным элементом служит катушка индуктивности с подвижным сердечником.

Катушка индуктивности закрепляется неподвижно на объекте. Подвижный сердечник соединен с ним через подвижную призму или нож и изменяет свое положение под воздействием деформирующей силы. Это перемещение приводит к изменению индуктивности или взаимоиндуктивности катушки. Зависимость электрических параметров катушки индуктивности от положения ее подвижного элемента положено в основу работы тензометров этого типа.

Слайд №12

Примеры использования тензометров

На рисунке показаны примеры использования двух типов тензометров.

Рис. 4. Тензометры в работе.

На рисунке слева показан вариант применения механического тензометра для контроля натяжения ленточного полотна. На рис.4 справа – использование электрического тензометра для контроля несущих конструкций. Появление трещин вызывает скачкообразное увеличение показаний тензометра, что обычно предшествует разрушению материала.

Слайд №13

Тензометрия занимает важное место в испытаниях и мониторинге различных объектов.Системы сбора данных применяются в авиастроении, автомобилестроении, строительстве, энергетике и других отраслях.

Тензодатчики используются в различных отраслях машиностроения транспорта, строительства и мониторинга конструкций, в испытаниях автомобилей, в научных исследованиях. Тензометрический датчик, или сокращённо тензодатчик, в качестве чувствительного элемента имеет мост из тензорезисторов. Тензодатчикможет быть с выходом по напряжению и по току. Сигнал с тензодатчика поступает на измерительный усилитель (тензоусилитель) или систему сбора данных (тензостанцию) для последующего анализа Тензодатчик подразделяется на датчик силы, измеряющий усилия и нагрузки, датчик давления, применяемый в различных средах, датчик перемещения используемый в том числе в мониторинге строительных конструкций, акселерометр (тензодатчик ускорения) и датчик крутящего момента.

Слайд №13

Системы сбора данных , иначе называемые тензостанциями, применяются в автомобилестроении, авиастроении, судостроении, других отраслях промышленности и транспорта, для мониторинга строительных конструкций, в научных исследованиях и испытаниях. Тензостанция - электронное устройство, включающее блок питания, усилитель и регистрирационный прибор, для одновременной или поочередной измерений электрических сигналов от тензодатчиков с целью определения остаточного напряжения в деталях машин и металлических конструкциях.Современные Системы сбора данных, отличаются большим диапазоном измерений, высоким классом точности, удобством в использовании, модульностью и многоканальностью, наличием собственного программного обеспечения. Многие системы сбора данных  сертифицированы как типы средств измерений.

Слайд №14 Cистема сбора данных - комплекс взаимоувязнных методов сбора и обработки данных, необходимых для организации управления объектами. Система сбора данных основывается на применении ЭВМ, поэтому их также называют автоматизированными системами сбора данных. При создании систем сбора данных ставится задача отобрать и автоматизировать трудоемкие, регулярные, повторяемые, рутинные операции над большими массивами данных.