3. Тензометрия. Электротензометрия

3.1. Проволочные датчики сопротивления и их конструкция

Тензометры предназначены для экспериментального определе­ния относительных удлинений (укорочений) на поверхностях твердого тела. Из всего многообразия тензометров (механических, пневматических, гидравлических и т. д.) наибольшее распростра­нение получили электротензометры. Электрические методы изме­рения деформаций основаны на регистрации изменения какого-либо электрического параметра (емкости, индуктивности, оми­ческого сопротивления и т. д.), которое происходит в датчике, установленном на исследуемом объекте.

В зависимости от того, какой параметр изменяется при нагружении, датчики называют индукционными, емкостными, магнитострикционными и датчиками сопротивления. Чтобы зафиксировать возникший в результате деформации электрический сигнал, необходимо иметь датчик, устройство для усиления получаемого от датчика сигнала и какое-либо регистрирующее устройство.

В обработке металлов давлением чаще всего используются проволочные датчики сопротивления (ПДС), именуемые еще тензорезисторами, поэтому ограничимся рассмотрением этого класса датчиков. Более подробные сведения об электротензометрии можно найти в специальной литературе.

Тензодатчики состоят из основания (базы или подложки), на котором размещается проволока, намотанная в определённом порядке в виде катушки. Тензодатчики предназначены только для измерения упругих деформаций и не рассчитаны на пластические деформации. Размещение ПДС на пластически деформируемых объектах может привести к разрыву проволоки. Характеристики, относящиеся к пластическому формоизменению получают косвенно, из упругих деформаций элементов оборудования, на которые крепят тензодатчики. Причем упругому деформированию элемента оборудования на определённую величину будет соответствовать сила, равная или пропорциональная силе, затраченной на пластическое деформирование тела.

В соответствии с различными способами размещения проволоки на плоском основании тензометра различают следующие типы тензо­метров.

1. Тензометр с параллельной решеткой.

2. Тензометр с плоской катушкой.

3. Тензометр с одиночной проволокой.

4. Тензометр напряжения.

5. Тензометр с поперечными перемычками.

В наиболее распространенном тензодатчике с параллельной ре­шеткой (рис. 3.1, а) проволока образует прямоугольную решетку из параллельных линий, сопряженных по концам полуокружно­стями. Проволоке тензодатчика в местах сопрягающих полуокруж­ностей часто сообщается удлинение исследуемой детали в направле­нии, перпендикулярном к продольной оси тензодатчика, что может приводить к искажению результатов измерения. Возникающая при этом погрешность, например для тензодатчика типа РR 9210 фирмы Филипс, составляет около 5 % при относительном удлинении в попе­речном направлении, в 2 раза большем относительного удлинения в продольном направлении. При известном расположении и раз­мерах решетки тензодатчика влияние поперечного удлинения легко может быть рассчитано и учтено при обработке результатов изме­рений при двухмерном напряженном состоянии путем введения соот­ветствующих поправок.

Тензодатчик с плоской катушкой изготовляется путем намотки проволоки в виде цилиндрической катушки, которую затем сплющивают и в таком виде наклеивают на плоское основание (рис. 3.1, г). Тензодатчики этого типа могут быть изготовлены с меньшей длиной базы, но обладают тем недостатком, что проволоки, образующие верхние половины сплющенных витков решетки, находятся на срав­нительно большом расстоянии от основания тензодатчика.

Рисунок 3.1 - Различные типы наклеиваемых проволочных

тензодатчиков сопротивления

Попереч­ная чувствительность тензодатчиков с плоской катушкой в большин­стве случаев незначительна и иногда даже бывает отрицательной в связи с тем, что участки проволоки в месте сопряжения верхней и нижней половин витков расположены перпендикулярно поверх­ности исследуемой детали. Тензодатчики с параллельной решеткой и с плоской катушкой в большинстве случаев изготовляются вруч­ную на специальных приспособлениях.

Тензодатчик с одиночной проволокой состоит из одной един­ственной проволоки, размещенной вдоль продольной оси датчика. Такие датчики не чувствительны к удлинениям в поперечном напра­влении, но имеют малое сопротивление или выполняются с большой длиной базы.

В датчике напряжения (рис. 3.1, в) проволока расположена в виде двойной решетки, параметры которой подобраны таким образом, что отношение поперечной чувствительности к продольной равнялось коэффициенту Пуассона для материала исследуемой детали.