Лабораторная работа №1 «исследование измерительной системы с тензорезисторами»

1. Введение.

Техническому прогрессу в общем и специальном машино­строении способствовало широкое использование современных методов и средств тензометрии, которые позволили на высоком уровне решать задачи, связанные с созданием новых машин. Сложность конструктивных форм узлов и деталей современных машин, многообразие действующих на них нагрузок в подавляю­щем большинстве случаев не позволяет определять напряженное состояние расчетным путем или моделированием.

Для экспериментального определения напряженно деформи­рованного состояния узлов машин применяются методы и сред­ства, использующие различные измерительные преобразователи, среди которых важное место занимают тензопреобразователи.

Тензопреобразователи относятся к разряду преобразовате­лей, в которых наблюдается изменение сопротивления при изме­нении механической деформаций или температуры. Одной из главных трудностей в их применении является перекрестное влияние этих двух эффектов, т.е. тензопреобразователи оказы­ваются чувствительными не только к механической деформации, но и к температуре.

Для того, чтобы обеспечить высокую точность измерений, необходимо скомпенсировать влияние температуры на выходной сигнал.

2. Принцип действия тен3орезисторов.

Начнем рассмотрение тензопреобразователей с проволочных тензорезисторов.

Он состоит из тонкой проволоки (константан) диаметром 20 ÷ 30 мкм, уложенной в форме решетки, что необходимо для получения более высокого сопротивления.

Решетка наклеивается на исследуемую деталь с изолирую­щим слоем между ними. Слой клея передает поверхностную дефор­мацию детали проволоке, тем самым вызывая изменение сопротив­ления проволоки, которое пропорционально деформации.

Решетка проволочного тензорезистора имеет определен­ную ширину B, что приводит к поперечной чувствительности, т.е. к изменению сопротивления тензорезистора на закруглениях решетки под действием поверхностных деформаций, направление которых перпендикулярно к главным рабочим деформациям. Боль­шое отношение длины к ширине (l/B) и тесное расположение проводников обеспечивает малое значение поперечной чувстви­тельности.

Рисунок.1 Конструкция проволочных тензорезисторов

1 - выводы; 2 - решетка из тонкой проволоки; 3 - слой изоляции и клей; 4 - изгибаемая деталь.

3. Чувствительность и линейность.

Сопротивление проволоки тензорезистора в исходном состоянии равно.

,

где: ρ – удельное сопротивление;

l – длина проволоки;

S – площадь поперечного сечения проволоки;

Если по всей длине проволоки к ней приложено равномерное напряжение σ; то изменение сопротивления составит:

.

Разделив оба части уравнения на исходное сопротивле­ние R, получим:

,

что свидетельствует о том, что при конечном изменении напряжения σ изменение сопротивления вызывается изменением длины , изменением площади сечения (или диаметра проволоки ), изменением удельного сопротивления .

При коэффициенте Пуассона μ изменение площади сече­ния составит:

,

а изменение сопротивления,

.

Тензочувствйтельностъ (или чувствительность к деформации):

.

Так как для большинства металлов μ = 0,3, то К = 1,6 + .