Измерение деформаций.

Существенное место в измерительной технике занимают измерения деформаций или сводящиеся к ним измерения усилий, действующих в различных конструкциях. Для этих целей применяются приборы, называемые тензометрами. Тензометры применяются в основном в системах контроля, для целей регулирования довольно редко. Рассмотрим два вида тензометрических датчиков: тензодатчики сопротивления и струнные тензометры.

Тензометрические датчики сопротивления.

Принцип действия основан на изменении электрического сопротивления проволоки при ее натяжении, происходящего за счет удлинения растягиваемой проволоки и одновременного уменьшения ее поперечного сечения. Проволочные тензометры широко распространены в машиностроении. Их популярность объясняется достоинствами, среди которых простота конструкции, низкая стоимость, малые габариты, возможность измерения как статических, так и динамических деформаций в широком диапазоне частот, простота измерительной аппаратуры.

Проволочный тензодатчик представляет собой тонкую константановую или нихромовую проволоку диаметром порядка 0,025 мм, уложенную зигзагообразно между двумя склеенными листами тонкой бумаги (рис. 1.8). Для подключения датчика к схеме к проволоке приварены выводы. Существуют тензодатчики на основе пленки, в качестве которой используются полимеризующиеся клеи и лаки. Есть другие конструкции тензодатчиков.

Рис. 1.8

Тензодатчик наклеивается на поверхность в том месте, где должна быть измерена деформация. Под воздействием приложенных сил вместе с деталью изменяются геомет-рические размеры проволоки, вследствие чего меняется ее электрическое сопротивление, которое непрерывно измеряется соответствующим прибором и фиксируется. В качестве измерительного устройства чаще всего применяют мостовые схемы. Обычно мост содержит два тензодатчика, установленные таким образом, что один работает на сжатие, другой - на растяжение. Это позволяет удвоить сигнал при нарушении баланса моста и проще его измерить. В два других плеча моста устанавливают высокостабильные резисторы и подстроечные элементы для первоначальной балансировки моста. Питание моста осуществляется постоянным стабилизированным напряжением.

Относительное изменение сопротивления тензодатчика R/R

прямо пропорционально его относительному удлинению L/L: R/R = К L/L,

где К – коэффициент чувствительности датчика.

Относительное удлинение тензодатчика, в свою очередь, пропорционально действующему усилию в соответствии с формулой

L/L = Р / (E * F), где Р – действующее усилие, кг

Е – модуль упругости кг / см² ;

F – площадь сечения детали в месте наклеивания тензодатчика, см²

Струнные тензометры.

Струнные тензометры используются при строительстве гидротехнических сооружений для измерения давления на грунт плотин гидроузлов и других сооружений, для измерения напряжений в арматуре и для других целей. Устройство струнного тензометра приведено на рис. 1.9.

Рис1.9

B стальном толстостенном цилиндрическом корпуса 1, герметично зарытом и запаянном стальной крышкой 2, укреплены два кронштейна 3, между которыми натянута и закреплён тонкая стальном струна 4. Под струной на цилиндрическом выступе, составляющем единое целое с корпусом, насажена катушка 5 c обмоткой, выводы которой присоединены к проводникам кабеля со свинцовой оболочкой, защищающей провода от влаги и механических повреждений. Кабель выведен из корпуса через штуцер 6.

При увеличении давления на дно корпуса натяжение струны усиливается, в результате увеличивается частота ее собственных колебаний. В катушку, образующую с сердечником, на который она помещена, электромагнит, подаются кратковременные импульсы тока от измерительного устройства. Они вызывают колебания струны. После каждого импульса обмотка катушки автоматически переключается на вход усилителя, который усиливает слабое напряжение, вызванное колебаниями намагниченной струны в обмотке катушки до необходимого уровня. Оператор через наушники «слышит» колебания струны.

Одновременно на наушники подается сигнал с генератора низкочастотных колебаний с регулируемой частотой. Оператор «слышит» и

эти колебания. Изменяя частоту генератора, оператор добивается по биениям совпадения частоты генератора с частотой собственных колебаний струны. Ручка регулировки частоты генератора имеет шкалу, которая проградуирована в единицах давления на дно корпуса.

В другой разновидности струнного тензометра струна с катушкой помещена внутри полого стального цилиндра, который вваривается в разрез стальной арматуры, составляющей каркас сооружения. Деформации арматуры приводят к изменению частоты колебаний струны, которая измеряется аналогично.

Концы кабелей всех тензометров сводятся в измерительный пункт, где располагается многоканальное измерительное устройство и находится оператор. Тензодатчики подключаются к измерительному устройству либо поочередно, либо по желанию оператора для измерения давлений деформаций при каких-либо изменениях внешних условий (например, при прохождении по плотине железнодорожного состава).

Такие струнные тензометры предназначены для длительной работы (десятки лет) в условиях невозможности ремонта. Длительная работа гарантируется их конструкцией и многократным резервированием.

Вопросы для самопроверки:

дайте определение понятий «измерение», «первичный измерительный преобразователь»;

какие выходные сигналы могут иметь датчики ?

что такое чувствительный элемент датчика ?

какие датчики температуры относятся к стандартным ?

как измеряют расход жидкостей ?

что измеряют с помощью тензодатчиков ?

какие сигналы связи используются при передаче информации от датчиков в систему ?