Р оссийский государственный университет нефти и газа

имени И.М.ГУБКИНА

Кафедра «Автоматизации технологических процессов»

КУРСОВАЯ РАБОТА

на тему: «Автоматические промышленные средства для испытаний при сложном нагружении».

Выполнила: студентка группы МП-07-6

Асеева Ю.О..

Проверила: Салащенко В.А.

Москва 2010 г.

Содержание

ТУ 25-7726.001-86Тензорезисторы высокотемпературные НМТ-450. 13

Динамические характеристики приборов 25

Средства анализа и обработки информации 26

Автоматизация процессов управления испытаниями и обработки результатов 28

Применение управляющих ЭВМ при испытаниях материалов 33

ТУ 25-7726.001-86Тензорезисторы высокотемпературные НМТ-450. 34

1. Введение.

Сложное нагружение.

Сложное нагружение – это нагружение, при котором нагрузка возрастает неравномерно, а главные оси напряжений меняют своё направление.

Циклическое нагружение относят к сложному виду нагружения. К частным случаям сложного нагружения следует отнести растяжение под давлением, любое другое деформирование с постоянной скоростью под постоянным внешним давлением, если вначале создают внешнее давление, а затем прикладывают пропорционально изменяющуюся внешнюю нагрузку.

При сложном нагружении деформация в конце нагружения зависит от пути этого нагружения.

2. Классификация методов измерения деформации.

Измерение деформаций называют тензометрированием. На основе тензометрирования строят датчики различных величин и ряд соответствующих приборов.

1.1 Электрические способы измерения (электротензометрия).        

Принцип измерения тензорезисторами основан на том, что закрепленный на деформируемой поверхности тензорезистор воспринимает деформации объекта и изменяет при этом свое электрическое сопротивление. Изменение сопротивления является мерой деформации; она может быть измерена подключенными к тензорезистору приборами. Тензорезистор – пассивный преобразователь, поэтому на него необходимо подавать питание (постоянное или переменное напряжение).

Чувствительный элемент представляет собой решетку из тонкого электрического проводника. Решетка зачеканена в тонкопленочную полимерную основу, изолирующую ее от объекта и передающую деформацию.

Принцип работы тензорезистора

Чувствительный элемент – это решетка из металлического сплава высокого сопротивления (константан). Если его растянуть (сжать) вдоль решетки, то его электрическое сопротивление изменится в соответствии с зависимостью

Рис.1.1 - Конструктивная схема тензорезистора

где k – коэффициент пропорциональности характеризующий чувствительность тензорезистора. Величина k принимается постоянной. Длина решетки не оказывает влияния на чувствительность (кроме приборов, измеряющих абсолютные деформа-ции). На рис.1.1 (слева – фольговый, справа – проволочный тензорезистор) приняты следующие обозначения: 1 – р ешетка; 2 – выводы; 3, 4 – основа решетки и покрытие; 5 – разметка осей.

Критерии выбора

Предпочтительными являются фольговые тензорезисторы (толщина фольги от 3 до 5 мкм) для коротких решеток, а также при сложных формах решетки (розетки, цепочки). Проволочные (диаметр проволоки от 15 до 25 мкм) могут применяться при высоких температурах. База решетки 0,4 …150 мм.

Для большинства случаев нормой является решетка с базой около 6 мм. Для обнаружения концентрации напряжений используется решетка с базой 0,4…3 мм. База должна в 5…10 раз превышать размер.

1.1.1 Индуктивные тензометры

Рис.1.2 – Схема индуктивного тензометра

Это дифференциально включенные системы (рис.10.2). При ходе S опоры индуктивность одной катушки увеличивается на +DL, а другая – уменьшается на -DL. С помощью мостовой схемы разность L₁ - L₂= 2 DL может быть преобразована в электрическое напряжение. Можно получить линейную зависимость напряжения от перемещения якоря до 80% длины катушки.

Характеристика индуктивных элементов

Входная величина - линейное перемещение, угол отклонения.

Выходная величина – изменение индуктивности, переменного напряжения.

Диапазон измерения – 80% длины катушки.

Погрешность – 1-3%.

Частотный диапазон – 0-10⁴ Гц.

Преимущества: высокая чувствительность, простота, отсутствие износа, большие перемещения.

Недостатки: чувствительность к внешним магнитным полям.

Рис.1.3 - Схема применения индуктивного тензометра

В индуктивных тензометрах сердечник связан с подвижной опорой, а катушки составляют часть корпуса тензометра.

На рис.1.3 приведена схема применения индуктивного тензометра. На схеме обозначены: 1 – корпус тензометра, 2 – держатели с опорными элементами, 3 – стол испытательной машины, 4 – объект для измерения деформаций.

1.1.2 Емкостные тензометры используют при высоких температурах. Наибольшие температуры, при которых может применяться тензометр – 700 – 750⁰C. Плечами мостовой схемы являются конденсаторы (рис.10.4).

Рис.1.4 - Конструктивная схема емкостного тензометра и его характеристика

На схеме обозначены: 1 – рамки, 2 – обкладки конденсатора на керамических пластинах.

1.1.3 Струнные тензометры

Рис.1.5 - Конструктивная схема струнного тензометра

Принцип работы основан на том, что частота собственных колебаний струны изменяется при растяжении (рис.10.5). По обмоткам электрических магнитов проходят электрические импульсы и возбуждают колебания в струне. Частота собственных колебаний струны измеряется путем снятия с выводов обмотки электрического напряжения. Частота электрического напряжения является мерой деформации.

На схеме обозначены: 1 – корпус, 2 – электромагниты для возбуждения колебаний в струне, 3 – подвижная опора, 4 – объект измерения, 5 – струна.

Динамические измерения производятся до частот £ 25 Гц. Применяют в строительстве (контроль за плотинами), горном деле, судостроении.

1.2 Механические способы измерения деформаций.

1.2.1 Механические тензометры с рычажной передачей.

Применяют для легкодоступных мест, если деформация статическая. Закрепляют такие тензометры при помощи прижимов.

Рис.1.6 – Схема механического рычажного тензометра

Тензометр (рис.10.6) содержит корпус 1 с неподвижной призмой (опорой), подвижную призму - опору 2, рычажную систему, содержащую четыре рычага, один из которых – это указатель 4, и отсчетную шкалу 5.

Перед измерением деформаций тензометр закрепляется на объекте измерения 3. Рычажная система увеличивает изменения базы L₀ до 12000 раз.

1.2.2 Механические тензометры с торсионной лентой.

В таких тензометрах чувствительным элементом является скрученная натянутая лента (спиральная пружина, как в часах), к которой в середине прикреплен указатель.

1.2.3 Кернерные тензометры

Рис.1.7 - Конструктивная схема кернерного тензометра

Базы 10 - 300 мм. Чувствительность превышает 0,5 мкм. Применяется для длительного контроля за состоянием сооружений. L=L-L₀; L₀ и L измеряют путем кратковременной установки тензометра на шарики, зачеканенные в исследуемую поверхность (рис.10.7). Разность  L-L₀ определяет деформацию. Чаще всего применяют шарики 1,5 мм.

На схеме обозначены: 1 – корпус с неподвижной опорной призмой, 2 – рычаг с подвижной призмой, 3 – индикатор.

1.2.4 Зеркальный тензометр Мартенса представлен на рис. 10.8.

Рис.10.8 – Схема зеркального тензометра Мартенса

На схеме обозначены: 1 – прижимная пружина с неподвижной опорой, 2 – призма с зеркалом, 3 – зрительная труба, 4 – линейка – шкала. L₀ = 100 – 200 мм.

Погрешность измерения менее 0,1 %. Схема позволяет установить соотношение    ,  откуда    .

Перечисленные тензометрические методы позволяют осуществить только более ли менее точное исследование объекта измерения. Также и многопозиционная система измерения с применением тензорезисторов или розеток при сложной конфигурации испытуемой детали или при неясном распределении напряжений позволяет только приближенно определить топографию напряжений, так как плотность размещения тензометров ограничена.